[发明专利]基于相移光栅进行频率自稳定的光电振荡器

说明书

发明领域

本发明涉及一种光电振荡器，尤其涉及一种基于相移光栅进行频率自稳定的光电振荡器。

背景技术

光电振荡器是一种基于微波光子技术产生微波或毫米波信号的新型高性能振荡器，与传统的基于电子技术的信号发生装置相比，光电振荡器具有以下显著的优点：频率更高、易于扩展、相位噪声低、与频率无关、抗振动性能更优良、易于小型化和光电集成、所产生的信号易于远程传输和分配(参见L.Maleki，“The optoelectronic oscillator”,Nature Photonics,2011,5(24):728-730.)。

对于振荡器来说，储能的Q值越高，振荡产生信号的相噪就越低，由于光纤和光学谐振器具有超低损耗传输的能力，因此现有光电振荡器普遍采用光纤或光学谐振器来作为高Q储能介质，然后通过电光、光电转换器件，与高Q储能介质共同构成光电混合的反馈回路，当整个回路的增益大于损耗时，在一定的选模机制作用下，将会振荡激射产生低相位噪声的高质量微波/毫米波信号；存在的问题有：

首先，对基于光学谐振器的光电振荡器来说，在光学谐振器Q值达到109或1010量级的条件下，光电振荡器产生的微波信号的相位噪声要比基于长光纤的光电振荡器高20～30dB，与传统的微波振荡器相比，相位噪声水平已相差无几，此时，基于光学谐振器的光电振荡器已毫无优势可言。对基于长光纤的光电振荡器来说，增加光纤长度，可以有效增加光电振荡器的储能时间，即提高储能Q值，从而显著降低信号的相位噪声，但是增加光纤长度会带来另外一个问题，即随着光纤长度的增加，振荡产生信号的频率将受环境温度的影响更加严重：当环境温度变化时，光纤的有效折射率将发生变化，那么光纤的储能时间将发生变化，光纤越长，其储能时间随温度变化得就越明显，这样光电振荡器所产生信号的频率漂移就越严重。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于相移光栅进行频率自稳定的光电振荡器，其结构为：所述光电振荡器由激光器、隔离器、光耦合器、相移光栅、电光调制器、色散补偿光纤、探测器一、微波放大器、微波滤波器、微波功分器、探测器二、加法器、环路滤波器和探测器三组成；所述光耦合器为2×2耦合器，光耦合器输入侧的两个端口分别记为端口一和端口二，光耦合器输出侧的两个端口分别记为端口三和端口四；所述加法器为双输入单输出模式；所述色散补偿光纤的色散系数为负值；激光器的输出端与隔离器的输入端光路连接，隔离器的输出端与光耦合器的端口一连接，光耦合器的端口二与探测器二的输入端连接，光耦合器的端口三与电光调制器的输入端连接，光耦合器的端口四与相移光栅连接；电光调制器的输出端与色散补偿光纤的一端光路连接，色散补偿光纤的另一端与探测器一的输入端连接，探测器一的输出端与微波放大器的输入端连接，微波放大器的输出端与微波滤波器的输入端连接，微波滤波器的输出端与微波功分器的输入端连接，微波功分器向外输出两路信号，一路信号输送至电光调制器的射频输入端，另一路信号形成光电振荡器的输出；探测器二的输出端与加法器的其中一个输入端连接，加法器的另一个输入端与探测器三的输出端连接，加法器的输出端与环路滤波器的输入端连接，环路滤波器的输出端与激光器的控制部连接；所述激光器为DFB半导体激光器，所述探测器三用于对激光器芯片的背向出射光进行探测(探测器三可直接集成于激光器上)；所述相移光栅的环境温度与色散补偿光纤的环境温度保持一致；所述加法器能对探测器二和探测器三的输出信号进行取反相加处理。

前述方案中，各个器件的功能分别为：

激光器：它是光电振荡器的光源；由于补偿控制中需要用到激光器输出光功率参数，为了便于参数采集，因此激光器采用DFB半导体激光器，基于现有的DFB半导体激光器结构，其激光器芯片背透光与正向出射光的功率存在一定比例关系，于是我们就能通过检测激光器芯片背透光，来实时获取到补偿控制需要的输出光功率参数。

隔离器：用于避免相移光栅反射回来的光进入激光器内。

光耦合器：采用2×2的光耦合器，其作用有两方面，其一，用于将来自激光器的直流光功分到后面的电光调制器和相移光栅，其二，将相移光栅反射回来的光引入探测器二中。

相移光栅：它在本发明中相当于一个传感器，其所处的环境温度与色散补偿光纤相同，当温度变化时，其折射率系数变化可以通过其反射谱线的变化体现出来，通过检测相移光栅的反射谱线，我们就能获知当前温度条件下色散补偿光纤的折射率状态，并且在补偿过程中，也能通过相移光栅的反射谱线变化情况获知补偿效果。