基于中频相位锁定技术的宽带调谐光电振荡器稳定性研究

提出了一种基于中频相位锁定技术提升宽带调谐光电振荡器长期稳定性的方法.该方法通过外部可调本振源对光电振荡器射频信号进行下变频操作,产生中频信号,该中频信号与光电振荡器的起振频率无关.将该中频信号锁相在稳定的参考源上,能够提升宽带调谐光电振荡器的长期稳定性,同时分析了锁相环对光电振荡器相位噪声性能的影响.实验结果显示,光电振荡器的频率调谐范围可达5~15GHz,10kHz频偏处的相位噪声为-121.2dBc/Hz,频率稳定性达到6.9×10-11/103 s,表明该方法能够显著提升宽带调谐光电振荡器的稳定性.     

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.     

基于反馈控制环路提高光电振荡器长期稳定性的方法

提出了一种基于反馈控制环路提高光电振荡器长期稳定性的方法.该方法用现场可编程门阵列和分频电路测量光电振荡器的信号频率,用光纤延迟线调节光电振荡器环路长度.对测量光电振荡器频率的分频方法的精确度进行了理论分析.基于单环结构的实验证明这种方法在有效提高光电振荡器的长期稳定性的同时不会降低系统的相位噪声性能,带有反馈控制环路的光电振荡器7小时的频率稳定性可以达到0.8ppm.     

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.     

拉曼增强型自相位调制再生技术

自相位调制可用于信号脉冲的整形,可实现归零码(RZ)信号的再生。以高非线性光纤(HNLF)为介质,在高非线性光纤中实现了拉曼集总放大和信号脉冲的自相位调制。从理论上分析了同向拉曼泵浦增强信号的自相位调制,大大降低了所需的信号光强度。论证了在色散长度(LD)远大于HNLF长度(L)时由自相位调制(SPM)导致的频谱展宽,它与脉冲的啁啾无关,频谱的功率密度与脉冲的强度无关。因此在高非线性光纤之后加入偏移载波频率的带通滤波器可实现归零码信号的再生。集中拉曼放大可增强再生性能。     

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。     

基于DFB腔注入锁定效应的可调谐光电振荡器（英文）

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18.7~21.6GHz的可调微波信号,在1kHz频偏处的相位噪声为-90dBc/Hz.     

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.     

基于自相位调制效应的硅基中红外全光二极管

信号单向导通器件是集成光学中一种重要的基本元件,而中红外波段在空间遥感,光谱分析等领域都有极其重要的应用.本文提出了一种由两个硅基微环谐振腔构成,基于自相位调制效应的硅基中红外全光二极管,并利用数值模拟的方法进行了分析.结果表明,在输入光强为0.5 mW到20 mW之间时,其非互易导通率可以大于20 dB,且正向透过时损耗小于10 dB.此外,本文还讨论了环形谐振腔中的线性吸收率,以及双稳态效应对结果的影响.     

有源光纤自相位调制的频谱展宽估计

有源光纤的两种非性效应－非线性极化和增益饱和效应都引起光信号频谱展宽。增益饱和导致包络失真，同时也影响到由非线性极化所造成的自相位调制。这种影响可用一个函数ｆ（ｚ）表示。     

基于光纤自相位调制多波长全光再生的色散管理优化

针对基于光纤自相位调制效应的多波长全光再生系统,分析了光纤平均色散对再生器品质因子改进量的影响,提出一种色散管理优化方法.由于波长间色散差异会导致再生系统性能的稳定性下降,通过选择色散补偿光纤和单模光纤的长度,使其合成的色散曲线与各波长分别达到最优再生性能时对应的色散曲线近似拟合,同时保证该色散曲线落在性能满意度高的色散区域,然后调整信号输入功率和滤波器的偏移量,可有效改善多波长再生性能的稳定性,实现再生器的色散管理优化.     

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.     

基于交替起振光电振荡器的大量程高精度绝对距离测量技术

提出了一种基于交替起振的光电振荡器的大量程、高精度绝对距离测量方法.此方法构建了两个光电振荡环路,分别为测量环和参考环.通过切换光开关实现测量/参考光电振荡器的交替起振;通过切换微波开关实现光电振荡器高阶/低阶振荡模式的转换;通过频率计依次记录测量/参考光电振荡器的高阶/低阶振荡频率,然后计算测量/参考光电振荡器的腔长进一步得到绝对距离.本方案的优点是:由于采用了测量/参考两个光电振荡器腔长相减的方法消除系统自身的漂移,不需要控制腔长,结构简单.实验中,利用公里量级的光纤来模拟大量程的待测距离,利用高步进精度的光延时线来模拟距离变化.在等效6 km的空间往返待测距离上,测量误差为3.5μm,相对测量精度达到5.8×10~(–10).     

基于自相位调制和偏移滤波的全光2R再生

理论和实验研究了基于光纤中自相位调制效应和偏移滤波的全光2R再生,实现了因放大的自发辐射噪音而恶化的数据信号的再生.数值研究了输入平均功率对信号再生的影响,结果表明,通过控制输入光纤的平均功率,Q值在5到12的40 Gb/s归零码信号再生后均可实现Q值和幅度抖动的改善.最后进行了基于高非线性色散位移光纤的10 Gb/s归零码ASE恶化数据信号的再生实验,误码率为10－9时标准时的再生功率代价仅为0.1 dB.     

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.     

基于改进光电振荡器结构的超短光帧时钟脉冲提取

研究了一种基于双相位调制器(PM)结构的光电振荡器(OEO)。利用OEO提取的电时钟对外加的连续光进行相位调制,再经过光带通滤波器(OBPF)进行偏移滤波,产生了脉宽为7.6ps的光脉冲。随后进入由相位调制器和单模光纤(SMF)组成的脉冲压缩器进行脉冲压缩,从而得到脉宽很窄的光帧时钟。实验中,成功实现了从4×25Gbit/s信号中同时提取出25GHz的光时钟和电时钟。光时钟的脉冲宽度为3.1ps,占空比为7.75%,时间抖动为135fs(100Hz~10MHz)。电时钟载噪比为61.7dB,时间抖动为118fs(100Hz~10MHz)。     

基于Royer振荡器的硅基雪崩光电二极管偏压电路

针对雪崩光电二极管（Si-APD）所加偏压需要随环境温度作调整,且偏压电路所需的低纹波低噪声等因素,构建了以Royer振荡器和微控制器为核心的偏压电路。该Si-APD偏压电路以BL8032型同步降压控制器作为Royer振荡器的输入电源,以MS5221M型DAC作为该输入电源的调整单元,以AD8606型集成运放和AD7980型ADC作为Royer振荡器输出电压采样单元,以STM32F103TBU6型微控制器作为计算与时序控制单元。本偏压电路不仅具有温度自适应性,而且具有低纹波、低噪声、低功耗和电气安全隔离的特点,能在9～36 VDC宽输入电压范围和-40～70℃环境下良好工作。     

基于受激布里渊散射的可调谐稳定光电振荡器

如何获得频率高、相位噪声低和稳定性高的微波信号一直都是微波光子学领域的研究热点。基于此,提出一种基于受激布里渊散射（SBS）的可调谐光电振荡器（OEO）。实验中光载波和泵浦光来自同一可调谐激光器,利用泵浦光的SBS对光载波的相位调制边带进行放大,通过改变可调谐激光器的输出波长使布里渊频移量发生变化,从而实现输出微波信号的可调谐。实验结果表明,所设计的OEO可以实现频率范围为10.13～10.65 GHz的信号输出,可调谐范围为520 MHz。结构中仅使用了一个相位调制器,无偏压输入器件的引入,这使得所设计的OEO稳定性较高。在20 min内频率漂移小于1 MHz,功率变化小于1.15 dB。     

基于光电微波振荡器的三角波和正弦信号发生器

利用光电振荡器(OEO)产生微波信号,结合马赫-曾德尔调制器(MZM)的调制偏振敏感特性,设计一种将微波三角波信号产生功能嵌入OEO系统的三角波和正弦信号发生器。MZM工作在最小传输点,光场的偏振角通过偏振控制器调节后与调制器的最佳调制轴成一定夹角,使平行于最佳调制轴的光场受载波抑制调制产生奇阶边带,而正交分量的光场不被调制。两部分光场以符合三角波傅里叶关系的比例通过检偏器投影至同一方向,并在光电探测器(PD)上拍频产生三角波信号。该三角波信号经过电带通滤波器后,得到微波正弦信号输出并反馈完成OEO的振荡过程。理论上对三角波的产生原理进行分析和仿真,实验上得到了质量良好的重复频率为5GHz的三角波和正弦信号。本方案只需增加少量器件即可使OEO同时产生三角波、正弦信号,结构简单,具有实用性。