一种基于串联谐振腔的高性能光电振荡器

提出了一种利用串联谐振腔来抑制光电振荡器边模的方案. 此方案中, 在传统光电振荡器结构中加入无源微波谐振腔结构来提高滤波器的Q值. 分析了该结构的基本原理, 并与传统光电振荡器结构进行对比, 此结构能有效提高边模抑制比. 实验中产生了10 GHz的微波信号, 所测得的边模抑制比达72 dB, 单边带相位噪声为-122 dBc/Hz@10 kHz. 同时, 利用锁相技术, 振荡频率的稳定性得到了很大的改善, 在3 h内漂移小于± 4 Hz. 该方案无需增加有源器件, 保留了传统光电振荡器低相位噪声的优势, 又有效抑制了边模, 为光电振荡器的应用提供了一种新的方法.     

长光纤环高性能光电振荡器研究

提出了采用多个长光纤环实现高性能光电振荡器的方法,通过合理的长度设计,多个长光纤环能够降低光电振荡器的相位噪声,同时提高边模抑制比。理论分析了多个长光纤环实现高性能光电振荡器的可行性,并构建了实验系统。在实验中,利用3个大于4km的长光纤环构建光电振荡器,实现了频率10GHz的微波信号,其相位噪声在频偏10kHz处达到了-130dBc/Hz,边模抑制比达到了60dBc。实验结果与理论分析一致,证明了该方法的正确性。     

利用单光源光电振荡器实现多波长光脉冲与电时钟信号产生

提出了一种利用单光源光电振荡器(OEO)结构实现多波长光脉冲输出的方案.通过一个直调光源和光谱切片技术在OEO腔内可以产生不同中心波长的光脉冲和电时钟信号.腔内多个波跃通道自然形成的多环路结构可以有效地抑制信号边模.在5 GHz频率的实验演示中,该系统产生了脉宽约10 ps,抖动1 ps的单波长脉冲、20 GHz(4×5 GHz)的时分复用脉冲与波/时分复用脉冲.所得到电时钟信号的相位噪声在频偏10 kHz处为-113 dBc/Hz,边模抑制比为100 dBc/HZ.     

基于受激布里渊散射和耦合型双环的 可调谐光电振荡器

提出了一种基于受激布里渊散射和耦合型双环的可调谐光电振荡器.该光电振荡器将受激布里渊散射和耦合型双环结构相结合,利用受激布里渊散射的窄带增益谱选择振荡频率,实现微波信号的频率可调谐.通过耦合型双环结构,有效地抑制了微波信号的边模,降低了微波信号的相位噪声,提高了微波信号的频率和功率稳定性.实验结果表明,该结构的光电振荡器可以产生2GHz到18GHz的微波信号,边模抑制比优于60dB,相位噪声在10kHz频偏处低于-95dBc/Hz,在实验室环境下10GHz微波信号30min内频率漂移小于0.3ppm,功率漂移低于0.2dB.     

有源环形谐振腔辅助滤波的单模光电振荡器

提出并验证了一种有源环形谐振腔辅助滤波的光电振荡器. 它利用有源环形谐振腔提供的高Q光学梳状频率响应特性, 对振荡器中的光信号模式进行选择, 能有效地提高输出信号的边模抑制比, 获得光电振荡器的单模输出. 理论上, 对光电振荡器的起振模式以及有源腔的频率响应进行了分析, 仿真结果表明有源环形谐振腔的辅助滤波有利于光电振荡器的边模抑制和单模输出. 在实验上, 通过对比验证了理论的预期结果, 并最终得到中心频率为20 GHz, 边模抑制比为58.83 dB, 在频偏10 kHz处相位噪声为-97 dBc/Hz的单模信号输出. 该方案保留了已有光电振荡器边模抑制方法的优势, 实现方法上更加简便, 在工作带宽和可调谐性方面具备良好的灵活性.     

一种倍频光电振荡器的实现方法

提出了一种利用电光调制器的非线性效应实现光电振荡器倍频输出的方法,通过在光电振荡环路中引入微波分频器,使得利用低频率的电光调制器有可能产生高频率的微波倍频信号输出,从而降低了振荡频率对调制器工作频率的要求。理论和实验研究表明,在微波信号输入功率较低时,调制器将引入较大的附加噪声,会严重恶化光电振荡器输出的倍频微波信号的相位噪声。通过在振荡反馈环路中增加一个微波放大器,减小附加噪声,能够极大地改善倍频信号的相位噪声。当环路光纤为1km时,产生的9GHz倍频信号相位噪声在10kHz频率偏移时达到-104dBc/Hz,比典型光电振荡环路恶化了6dB,同时,保持了较高的输出功率。实验结果与理论分析基本一致,证明了该倍频输出光电振荡器的可行性。     

光路往返的双环路光电振荡器

提出并分析验证了一种由光场往返调制实现的光域双环路光电振荡器(OEO)。系统中光信号往返两次通过马赫-曾德尔调制器(MZM)后再进行反馈调制,使得环路中的光纤延时利用率加倍,并构成两个不同环长的光学环路。理论上对该结构的起振条件和双环选模原理进行了分析,经过与传统单环光电振荡器实验对比,此结构能有效提高边模抑制比,所测得的边模抑制比为48.33dB,在频偏10kHz时的单边带相位噪声为-97.35dBc/Hz。该结构无需增加有源器件,降低了系统中光纤的使用量,简化了实验的控制参数。信号在两个环路中循环时相向传输,进而消除了随机干涉和拍噪声引入。     

基于波长双环路结构的新型光电振荡器的研究

提出了一种新型的基于波长双环路结构的光电振荡器方案. 在此方案中, 利用两个激光器产生两束波长不同的连续光, 分别通过两段长度不同的光纤构成双环路结构, 利用光学游标效应可以获得单一的起振模式. 通过理论分析可知, 不同波长的两束光载波在耦合时, 几乎不会产生随机拍噪声. 实验中, 获得了X波段(8-12 GHz)内频率可调谐的高质量微波信号. 通过测量, 信号的边模抑制比达到60 dB, 相位噪声为-132.6 dBc/Hz@10 kHz. 同时, 利用锁相环技术, 通过光纤拉伸器有效补偿系统的腔长漂移, 因此振荡频率的稳定性得到极大改善. 系统的频率漂移在2 h内小于±84.3 mHz. 另外, 测得的微波线宽为5.3 mHz, Q值在10¹²量级, 具有很高的谱纯度.     

基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器

提出了一种基于平面光波导谐振腔的可调谐光电振荡器.该振荡器中,相位调制器串联光波导谐振腔,取代了传统系统中的强度调制器、长光纤和滤波器.由于光学谐振腔对光子频率和相位敏感,调节激光器改变输出光的波长,不仅可以调制光的强度,还可以对微波光子进行选频输出.当光子在波导腔中发生谐振时,产生很强的延时特性,可以取代传统系统中的长光纤.整个光电振荡器系统体积为长29.5cm、宽21cm、高7cm.实验中,改变0.1pm的光子波长,能够产生步长为12.535.5 MHz的调谐,调谐范围达2 GHz,且系统能够产生10 GHz的微波信号,在中心频率为10 GHz处其相位噪声为-109.7dBc/Hz@10kHz.该研究为光电振荡器的小型化和实用化提供了一种新的思路.     

调制器低偏置方案优化光电振荡器相位噪声

提出了采用调制器低偏置方案来降低光电振荡器(OEO)的相位噪声方案并得到了实验验证.调制器的大光功率注入与低偏置点设置能够降低噪信比,进而降低输出信号的相位噪声.实验证明,当60 mW光功率注入时,在低偏置点能得到相噪的最低值,该值比正交偏置点对应的相噪值下降了2.8 dB.     

Optoelectronic Oscillator Based on Polarization Modulation

Abstract

A polarization modulator together with a polarizer can implement phase modulation, intensity modulation with tunable chirp, and frequency-doubling intensity modulation. If an optical filter is incorporated, frequency-quadrupling and frequency-sextupling intensity modulations and a microwave photonic phase shifter can also be realized. By using a polarization modulator to replace the intensity modulator in an optoelectronic oscillator, various new features are enabled. In this article, an analytical model for the polarization modulator-based systems is established. The recent development in employing polarization modulators for constructing optoelectronic oscillators is discussed. The emerging applications enabled by the polarization modulator-based optoelectronic oscillators and the possible future development are also discussed.     

高性能注入锁相光电振荡器

提出一种基于注入锁定和锁相环技术的注入锁相光电振荡器.利用注入锁定来改善光电振荡器的近载频相噪以及杂散抑制度.将光电振荡器的输出信号与外注入源进行鉴相,通过锁相环来提升频率稳定性,并进一步改善光电振荡器的近载频相噪.实验结果表明:注入锁相光电振荡器在电滤波器中心频率为9.5GHz、3dB带宽为20 MHz和光纤环长度为6km的情况下,实现了输出信号频率为9.5GHz的单模振荡;当注入锁定带宽为1.98kHz时,光电振荡器输出信号在1kHz频偏处的相位噪声为-125dBc/Hz,在10kHz频偏处的相位噪声为-147dBc/Hz,杂散抑制度高于80dB,阿伦偏差接近1.37×10~(-11)@1s和1.22×10~(-11)@1000s.     

小型化10 MHz恒温晶体振荡器设计

设计了用于高精度铷原子频标的一种小型化恒温压控晶体振荡器.振荡电路采用了稳定性好的并联型皮尔斯电路方案,采用2级?型LC级联滤波器抑制谐杂波,利用互补对称式金属-氧化物-半导体(CMOS)反相器实施隔离.振荡和放大电路选用了低噪声晶体管.晶体的温度控制在频率-温度曲线拐点处.实现了体积为4 mL晶振样件.晶振的短期频率稳定度为1.8?10-12/s,相噪对铷频标频率稳定度的贡献仅为3.2?10-13-1/2.     

Novel 53/106 GHz Dual-Band MMW LC Oscillator Implemented in SiGe BiCMOS Technology

In this Paper, we present a fully integrated millimeter wave LC voltage-controlled oscillator (VCO), which employs a novel topology, operating at dual-band frequency of 53.22 GHz-band and 106.44 GHz-band. The low-phase noise performance of –107.3 dBc/Hz and –106.1 dBc/Hz at the offset frequency of 600 kHz, –111.8 dBc/Hz and –110.6 dBc/Hz at the offset frequency of 1 MHz around 53.22 GHz and 106.44 GHz are achieved using IBM BiCMOS-6HP technology, respectively. Two tuning ranges, of 52.7 - 53.8 GHz and 105.4 - 107.6 GHz for the proposed LC VCO are obtained. The output voltage swing of this VCO is around 1.8 V_p-p at the operation frequency of 53.22 GHz and 0.45 V_p-p at 106.44 GHz; the total power consumption is about 16.5 mW. To our knowledge, this is the first oscillator which operates at dual-band frequency above 50 GHz with the best preformance.     

单块非平面环形腔激光器的强度噪声抑制技术研究

研究了LD泵浦1319nm单块非平面环形腔(NPRO)激光器的强度噪声特性,发现随着输出功率的增加,弛豫振荡峰频率从100kHz向280kHz移动,同时弛豫振荡峰宽度增加但幅度降低,且在弛豫振荡峰处发生π相位跃变,在600kHz以上频率区域,噪声已经接近量子噪声极限。自行设计的噪声抑制电路在实现足够大增益的同时,在500kHz附近获得了约65°的相位超前,由此获得了优于通常同类实验的噪声抑制结果:当弛豫振荡峰频率为230kHz时,弛豫振荡峰处和低频区域的强度噪声幅度分别被抑制了45dB和20dB。     

一种基于微波谐振测量Sagnac效应的新方案

目前光学陀螺的主要工作原理是Sagnac效应, 如何提高Sagnac效应的测量精度是提高陀螺精度的一个重要研究课题. 传统的光学陀螺利用光短波长的特性来提高检测精度. 但考虑到微波的相位(频率)检测精度远高于光波的相位(频率)检测精度, 如果能够利用微波实现Sagnac效应的检测, 就能得到比光学陀螺更高的检测精度, 从而为实现高精度的微波陀螺提供了可能. 利用基于光电振荡器的光载微波结构实现了微波Sagnac效应的检测. 实验结果证明了微波检测Sagnac效应的可行性, 为将来实现高精度的微波谐振陀螺打下基础.