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.     

基于DFB腔注入锁定效应的可调谐光电振荡器

提出一种基于分布反馈光注入锁定效应的可调谐光电振荡器,其环路主要由马赫曾德尔调制器、光电探测器、环形器、分布反馈激光器和射频放大器顺接而成,分布反馈激光器是系统关键器件,通过分布反馈激光器光注入锁定效应,分布反馈腔在光域实现了微波光子滤波器功能,无需传统光电振荡器必须的射频带通滤波器.同时,由于分布反馈激光器注入锁定提高了环路Q值,因此系统可采用短环路结构,从而降低了光纤因温度敏感对微波信号稳定性的影响并减小了整个系统的尺寸.另外,通过调节注入光波长和功率可改变该微波光子滤波器的中心频率,从而可实现系统的可调谐性.理论分析了该光电振荡器的原理和微波光子滤波器的调谐性,在此基础上开展了实验验证.结果表明该光电振荡器能够产生18.7～21.6 GHz的可调微波信号,在1 kHz频偏处的相位噪声为-90 dBc/Hz.     

光电振荡器相位噪声和频率稳定性研究进展

光电振荡器(OEO)具有低噪声、高频率稳定性和抗电磁干扰的优势,突破了电子技术产生微波信号频率限制和信号稳定性差、噪声大的瓶颈,成为微波光子学研究热点之一。研究了光电振荡器的基本原理、理论模型、实现方法等关键技术以及应用。提出了OEO应用于微波信号处理系统亟需解决的多光路降噪、光纤温度和应力补偿、光电集成等关键技术及其解决方案。     

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。     

光电振荡器中锁相环和注入锁定技术的比较和优化

分析比较了基于锁相环技术和基于注入锁定技术的两种光电振荡器的特性,推导了两种光电振荡器的噪声传递函数,并进行了实验验证,得出了这两种技术应用于光电振荡器的相似性和各自的优缺点.由于光纤对温度的高敏感性,采用这两种技术的光电振荡器都存在着易失锁的问题.为解决这一问题,分别分析了两种光电振荡器输出信号与参考信号间的相位关系,基于此关系设计了锁定状态监测和反馈系统,并实验验证了系统的有效性.     

高功率振荡器锁相的粒子模拟

用粒子(PIC,Particle-in-Cell)模拟方法研究了当前颇感兴趣的高功率振荡器的锁相问题。给出了模拟计算结果。讨论了锁相(Phase Locking)、Priming和InjectionSeeding等概念的区别。     

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。     

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.     

一种新型双环路光电振荡器

利用偏振分束器(PBS)和合束器(PBC)在不增加有源器件的基础上设计了一种双环路光电振荡器。该振荡器可以同时产生光、电两种输出。由于没有增加有源器件,可以避免附加电噪声的引入。此外,光载波在光域中是正交耦合,消除了随机干涉和拍噪声对振荡频率的影响。通过理论分析,双环结构的光电振荡器可以有效抑制每一单环路中起振的边模。经过实验对比,采用双环结构可以把边模抑制比提高30~70 dB。最后,利用该方案和普通商用器件得到了中心频率为12 GHz的振荡,测得边模抑制比为50~70 dB,相位噪声为-93 dBc/Hz at10kHz,Q值达到1010。     

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.     

锁频锁相的高功率微波器件技术研究

综述了中国工程物理研究院应用电子学研究所锁频锁相的高功率微波器件最新研究成果,主要包括稳频稳相的相对论速调管放大器和注入锁相的相对论返波管振荡器.针对高功率长脉冲相对论速调管研究中遇到的问题,介绍了该放大器的束波互作用特点、杂频振荡抑制、脉冲缩短、高频段高功率运行、高增益等物理、设计与实验中的关键技术研究概况,使其功率、相位稳定性、增益等性能有了显著提高,S波段环形单注相对论速调管实现了高功率稳相输出,重频25 Hz运行时输出功率大于1 GW,脉宽大于150 ns、相位波动18°,高增益运行时在注入微波功率数kW条件下也实现类似功率和相位水平;采用同轴多注器件结构,突破了速调管高频段运行条件下高效率电子束引入和高功率束波转换技术等难题,使X波段相对论速调管在注入功率30 kW条件下实现了功率大于1 GW的放大输出,效率为34%,相位波动为15°.在掌握相对论返波管技术的基础上,利用返波管的高效率和结构紧凑的优点,开展了注入调制电子束锁相的相对论返波管研究,采用百kW级的种子微波实现了对GW量级输出微波的相位锁定.该研究结果对功率合成、粒子加速和多功能雷达等技术具有重要的推动作用.