基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器的制作方法

1.本发明属于光电振荡器技术领域，涉及一种基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器。

背景技术：

2.频率源作为基准参考信号和本振信号，是电子装备中的关键部件。比如在雷达系统和电子对抗等军用系统中，都需要通过接收处理目标的回波或发射的信号，来获取目标的信息，如距离、方向、速度等。由于处理的信号频率及带宽都会远高于后端数字接收机的工作频率及带宽，因此，必须首先通过变频将射频信号的频带搬移到合适的中频上，再进行后端的高精度a/d采集及信号处理工作。这样，本振信号的纯度会严重影响变频后的信号质量。因此，频率源就成为接收机处理的射频信号是否产生频漂、相位抖动、波形畸变等的关键因素。传统的直接产生高频的微波频率源价格昂贵、体积大且功耗大，这些特性都限制了其在诸多领域内的应用。
3.光电振荡器，作为一种采用光电结合方式的新型微波频率源，具有体积小、功耗低和大带宽可调谐的优点，并且光电振荡器产生的微波信号的相位噪声与频率无关，这使得光电振荡器在高频微波信号产生的应用上具有极大的优势。利用光纤传输损耗低、大带宽的特点，能够很容易就实现高品质因数的光电谐振腔，从而有望获得低相位噪声的振荡信号。随着新一代的武器装备性能的不断提升，对频率源的性能要求也越来越高，特别是对频率源的相位噪声指标，相位噪声直接影响多普勒频率的检测灵敏度和动态范围，所以研制超低相位噪声的光电振荡器具有十分重要的军事意义。
4.如图1所示，传统的光电振荡器一般包括激光光源1、单输出电光强度调制器31、长光纤4、光电探测器5、微波放大器61、微波滤波器62和电学功分器7。光纤中的布里渊散射噪声是直接恶化光电振荡器相位噪声的因素之一，在传统的光电振荡器架构中，一般都采用输入长光纤4的光功率小于受激布里渊阈值的方法来避免受激布里渊散射噪声，但是这样就会导致光链路增益降低，需要在射频上采用更大增益的放大器来进行增益补偿，这就会引入额外附加相噪，限制了光电振荡器相位噪声的降低。

技术实现要素：

5.针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，包括
8.激光光源，用于输出光载波；
9.线宽展宽单元，用于对激光光源输出的光载波的线宽进行等效展宽；
10.双输出电光强度调制器，用于根据电学反馈信号对等效展宽的光载波进行调制后输出两路调制光信号；
11.两个光电探测器，每一所述光电探测器分别通过一路长光纤与双输出电光强度调制器的一个输出端连接，用于将电光强度调制器的对应输出端输出的调制光信号转化为电信号；
12.电学处理单元，用于在两个光电探测器输出的电信号合为一路后进行放大和滤波处理；以及
13.电学功分器，用于将电学处理单元输出的微波信号分为两路，一路直接输出；另一路作为电学反馈信号送给双输出电光强度调制器，形成闭环振荡。
14.进一步的，所述线宽展宽单元包括电光相位调制器以及与电光相位调制器连接的波形发生器，所述波形发生器用于输出正弦射频信号，所述电光相位调制器用于通过波形发生器产生的正弦射频信号将激光光源输出的光载波在光频域上调制成多个边带，等效于展宽激光光载波的线宽，从而降低长光纤的布里渊散射，降低光振荡环路的相位噪声。
15.进一步的，所述波形发生器的输出频率范围是10mhz～30mhz；输出的正弦波的峰峰值范围为5v～10v。
16.进一步的，所述激光光源为低噪声的半导体dfb激光器。
17.进一步的，所述半导体dfb激光器的相对强度噪声小于-163db/hz，线宽小于1mhz。
18.进一步的，所述半导体dfb激光器的输出光功率为20dbm。
19.进一步的，所述电光强度调制器为双输出马赫曾德尔型的强度调制器。
20.进一步的，所述电光强度调制器工作在正交偏置点。
21.进一步的，所述电学处理单元包括微波放大器和微波滤波器，所述微波放大器用于对两个光电探测器输出的合为一路的电信号进行电学放大；所述微波滤波器用于对放大后的微波信号进行滤波处理。
22.本发明中，采用低噪声的半导体dfb激光器作为光源，可以为光链路提供较高的增益以及较低的噪声；使用相位调制的方法等效展宽激光源的线宽，降低了光链路中光纤的布里渊散射噪声，从而降低了光电振荡器的相位噪声；使双输出电光强度调制器工作在正交偏置点，输出两路调制光信号，提高了光能量利用效率；极大程度地抑制了光电振荡器中的相位噪声水平，实现了极低相位噪声的光电振荡器研制。
附图说明
23.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
24.图1为基于传统技术的光电振荡器的结构示意图。
25.图2为本发明基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器的一个优选实施例的结构示意图。
26.图3为本实施例的光电振荡器与传统架构的光电振荡器的相噪指标测试结果对比图。
27.附图中各标号的含义为：
28.激光光源-1；线宽展宽单元-2；电光相位调制器-21；波形发生器-22；单输出电光强度调制器-31；双输出电光强度调制器-32；长光纤-4；光电探测器-5；电学处理单元-6；微波放大器-61；微波滤波器-62；电学功分器-7。
具体实施方式
29.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.如图2所示，本发明基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器的一个优选实施例包括激光光源1、线宽展宽单元2、双输出电光强度调制器32、两个光电探测器5、电学处理单元6和电学功分器7。所述激光光源1的输出端与线宽展宽单元2的输入端连接，所述线宽展宽单元2的输出端与双输出电光强度调制器32的输入端连接，所述双输出电光强度调制器32的两个输出端分别通过一路长光纤4与两个光电探测器5的光学端口连接，两个所述光电探测器5的射频端口均与电学处理单元6的输入端电连接，所述电学处理单元6的输出端与电学功分器7的输入端电连接，所述电学功分器7的一个输出端用于输出微波信号，另一输出端与双输出电光强度调制器32的射频端口电连接。
31.所述激光光源1用于输出光载波，优选为采用低噪声的半导体dfb激光器。所述半导体dfb激光器的相对强度噪声小于-163db/hz，线宽小于1mhz，输出光功率优选为20dbm。半导体dfb激光器具有出光功率高，相对强度噪声小的优点，可以为光链路提供较高的增益以及较低的噪声。
32.所述线宽展宽单元2用于对激光光源1输出的光载波的线宽进行等效展宽。所述线宽展宽单元2优选为包括电光相位调制器21以及与电光相位调制器21的射频端口连接的波形发生器22。所述波形发生器22用于输出正弦射频信号，所述波形发生器22可以采用任意波形发生器。所述电光相位调制器21用于通过波形发生器22产生的正弦射频信号将激光光源1输出的光载波在光频域上调制成多个边带，从而等效于展宽窄线宽的激光光载波的线宽，降低长光纤4的布里渊散射，降低光振荡环路的相位噪声。所述波形发生器22的输出频率范围是10mhz～30mhz，输出的正弦波的峰峰值范围为5v～10v。
33.所述双输出电光强度调制器32用于根据电学反馈信号对等效展宽的光载波进行调制后输出两路调制光信号。所述电光强度调制器优选为采用双输出马赫曾德尔型的强度调制器。所述电光强度调制器工作在正交偏置点，通过输出两路调制光信号，提高了光能量利用效率，相比于传统单路输出的电光调制器，光链路增益提高了一倍。
34.所述光电探测器5用于将电光强度调制器的输出端输出的调制光信号转化为电信号。其中，两个所述光电探测器5分别通过一路长光纤4与双输出电光强度调制器32的一个输出端连接，从而分别将电光强度调制器的两个输出端输出的调制光信号转化为电信号。
35.所述电学处理单元6用于将两个光电探测器5输出的电信号合为一路后进行放大和滤波处理。所述电学处理单元6优选为包括微波放大器61和微波滤波器62，所述微波放大器61用于将两个光电探测器5输出的合为一路的电信号进行电学放大；所述微波滤波器62用于对放大后的微波信号进行滤波处理。
36.所述电学功分器7用于将电学处理单元6输出的微波信号分为两路，一路直接输出；另一路作为电学反馈信号送给双输出电光强度调制器32，形成闭环振荡。
37.本实施例的工作原理如下：
38.如图2所示，低噪声的半导体dfb激光器发出的光载波先送到电光相位调制器21调制器，电光相位调制器21通过波形发生器22产生的正弦射频信号将激光光源1输出的光载
波在光频域上调制成多个边带，使光载波的线宽等效展宽，从而能够降低长光纤4的布里渊散射，进而降低光振荡环路的相位噪声。
39.之后，光载波信号被送到工作在正交偏置点双输出马赫曾德尔型电光强度调制器，并输出两路调制光信号。每一路调制光信号分别经过一路长光纤4被送到对应的光电探测器5中转换为电信号，通过输出两路调制光信号，提高了光能量利用效率，相比于传统单路输出的电光调制器，光链路增益提高了一倍。
40.两个光电探测器5输出的电信号经合路后先送到微波放大器61进行射频放大，然后经微波滤波器62进行滤波后送到电学功分器7分为两路输出，其中一路作为电学反馈信号送给双输出电光强度调制器32，形成闭环振荡，另一路电信号直接输出。
41.在相同的实验条件下，分别使用如图1和如图2所示的装置进行实验，两次实验频偏与相位噪声的曲线图如图3所示。通过图3可以看出，与传统技术的光电振荡器相比，本实施例的光电振荡器在低频偏处具备更低的相噪指标；从相位噪声对比中可以看出，在频偏不超过10khz的情况下，本实施例的相位噪声相比传统技术降低了超过10db，输出信号具有更低的相位噪声。在频偏为10khz到100khz的范围内，本实施例的输出信号的相位噪声也大大被降低。
42.本实施例中，采用低噪声的半导体dfb激光器作为光源，其有出光功率高，相对强度噪声小的优点，可以为光链路提供较高的增益以及较低的噪声。在光电振荡器架构中，使用相位调制的方法等效展宽激光源的线宽，降低了光链路中光纤的布里渊散射噪声，从而降低光电振荡器的相位噪声。双输出电光强度调制器32工作在正交偏置点，输出两路调制光信号，提高了光能量利用效率，相比于传统单路输出的电光调制器，光链路增益提高了一倍。通过综合采用上述三种方式，极大程度地抑制了光电振荡器中的相位噪声水平，实现了极低相位噪声的光电振荡器研制。
43.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

1.一种基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，其特征在于：包括激光光源，用于输出光载波；线宽展宽单元，用于对激光光源输出的光载波的线宽进行等效展宽；双输出电光强度调制器，用于根据电学反馈信号对等效展宽的光载波进行调制后输出两路调制光信号；两个光电探测器，每一所述光电探测器分别通过一路长光纤与双输出电光强度调制器的一个输出端连接，用于将电光强度调制器的对应输出端输出的调制光信号转化为电信号；电学处理单元，用于在两个光电探测器输出的电信号合为一路后进行放大和滤波处理；以及电学功分器，用于将电学处理单元输出的微波信号分为两路，一路直接输出；另一路作为电学反馈信号送给双输出电光强度调制器，形成闭环振荡。2.根据权利要求1所述的基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，其特征在于：所述线宽展宽单元包括电光相位调制器以及与电光相位调制器连接的波形发生器，所述波形发生器用于输出正弦射频信号，所述电光相位调制器用于通过波形发生器产生的正弦射频信号将激光光源输出的光载波在光频域上调制成多个边带，等效于展宽激光光载波的线宽，从而降低长光纤的布里渊散射，降低光振荡环路的相位噪声。3.根据权利要求2所述的基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，其特征在于：所述波形发生器的输出频率范围是10mhz～30mhz；输出的正弦波的峰峰值范围为5v～10v。4.根据权利要求1所述的基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，其特征在于：所述激光光源为低噪声的半导体dfb激光器。5.根据权利要求4所述的基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，其特征在于：所述半导体dfb激光器的相对强度噪声小于-163db/hz，线宽小于1mhz。6.根据权利要求5所述的基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，其特征在于：所述半导体dfb激光器的输出光功率为20dbm。7.根据权利要求1～6任一项所述的基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，其特征在于：所述电光强度调制器为双输出马赫曾德尔型的强度调制器。8.根据权利要求7所述的基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，其特征在于：所述电光强度调制器工作在正交偏置点。9.根据权利要求1～6任一项所述的基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，其特征在于：所述电学处理单元包括微波放大器和微波滤波器，所述微波放大器用于对两个光电探测器输出的合为一路的电信号进行电学放大；所述微波滤波器用于对放大后的微波信号进行滤波处理。

技术总结

本发明涉及一种基于相位调制抑制布里渊效应的低相噪光电振荡器，包括激光光源、线宽展宽单元、双输出电光强度调制器、两个光电探测器、电学处理单元和电学功分器。本发明中，通过线宽展宽单元等效展宽激光源的线宽，能够降低光链路中光纤的布里渊散射噪声，从而降低光电振荡器的相位噪声；采用双输出电光强度调制器输出两路调制光信号，提高了光能量利用效率；极大程度地抑制了光电振荡器中的相位噪声水平，进而实现了极低相位噪声的光电振荡器研制。制。制。