基于相移光栅进行频率自稳定的光电振荡器制造技术

为解决现有技术中传统光电振荡器中环境温度变化所引起振荡器频率漂移的问题，本发明专利技术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；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；所述激光器为DFB半导体激光器；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。本发明专利技术的有益技术效果是避免了传统光电振荡器中环境温度变化所引起振荡器频率漂移的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于相移光栅进行频率自稳定的光电振荡器专利
本专利技术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。
技术介绍
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，“Theoptoelectronicoscillator”,NaturePhotonics,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。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术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：它在本专利技术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。电光调制器：可采用常见的马赫-泽德型光强度调制器，其作用是将微波/毫米波信号调制到光波上。色散补偿光纤：一方面，色散补偿光纤作为光电振荡器的延时储能装置，另一方面，在补偿过程中，色散补偿光纤能将激光器输出光波长的变化量转换为延时储能时间的变化量，利用其色散系数补偿由温度变化引起的振荡频率的漂移。探测器一：用于将光信号解调为微波信号。微波放大器：用于为整个振荡器提供增益。微波滤波器：用于选择光电振荡器所需要产生的频率。微波功分器：用于将振荡回路中的微波/毫米波信号提取输出，提取出的信号一部分送电光调制器用于形成光电混合反馈回路，另一部分用于形成光电振荡器的输出。探测器二：用来将相移光栅反射的光信号转化为电信号。探测器三：用于提取激光器芯片背透光。加法器：用于将探测器二和探测器三的光生电流取反相加，从而获得补偿控制所需的误差信号；补偿过程中，激光器的控制部根据误差信号来对激光器驱动电流进行调节，进而改变激光器输出光的波长。环路滤波器：用于对加法器产生的误差信号进行低通滤波。本专利技术的思路是：当光电振荡器定型后，环境温度变化将引起储能光纤有效折射率发生变化，进而导致光纤延时储能时间也发生变化，如果在光电振荡器工作过程中，能对光纤延时储能时间变化量进行实时检测，就能通过一定的补偿手段来对光纤延时储能时间漂移进行修正，并据此建立自适应反馈的控制机制，最终就能实现光电振荡器对温度变量的自补偿。本专利技术具体的工作原理是：对于常规的光电振荡器来说，当环境温度改变时，光电振荡器中的储能光纤由于有效折射率的变化将引起光纤延时储能时间的变化，这将导致振荡器输出信号频率的不稳定，假定储能光纤的有效折射率为n1，温度折射率系数为Δn1T，光纤长度为L，真空中的光速为c，那么温度变化ΔT时，由温度引起的光纤延时储能时间变化Δt1可由下式示出：当将相移光栅置于与色散补偿光纤相同的环境中后，环境温度变化时，构成相移光栅的光纤的有效折射率也会变化，这就会引起相移光栅的反射谱线的漂移，相移光栅反射回来的光经耦合器传输后被探测器二接收，探测器二产生的电信号与表征激光器功率水平的参考信号(即探测器三提取到的信号)，经加法器处理后获得补偿控制所需的误差信号，误差信号由环路滤波器处理后形成校正信号，激光器控制部根据校正信号来调节激光器的驱动电流，从而校正激光器的输出波长，使其波长时钟对准相移光栅反射谱的中心凹陷处(当激光器频率位于如图2所示的相移光栅反射谱的中心凹陷处时，误差为零)；经过前述过程的处理，相移光栅反射谱线的漂移就转换成激光器出射波长的漂移，当激光器出射波长漂移后，通过色散补偿光纤的色散，激光器出射波长的漂移又转换为光纤延时储能时间的变化，从而实现对温度变化引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相移光栅进行频率自稳定的光电振荡器，其特征在于：所述光电振荡器由激光器（1）、隔离器（2）、光耦合器（3）、相移光栅（4）、电光调制器（5）、色散补偿光纤（6）、探测器一（7）、微波放大器（8）、微波滤波器（9）、微波功分器（10）、探测器二（11）、加法器（12）、环路滤波器（13）和探测器三（14）组成；所述光耦合器（3）为2×2耦合器，光耦合器（3）输入侧的两个端口分别记为端口一和端口二，光耦合器（3）输出侧的两个端口分别记为端口三和端口四；所述加法器（12）为双输入单输出模式；所述色散补偿光纤（6）的色散系数为负值；激光器（1）的输出端与隔离器（2）的输入端光路连接，隔离器（2）的输出端与光耦合器（3）的端口一连接，光耦合器（3）的端口二与探测器二（11）的输入端连接，光耦合器（3）的端口三与电光调制器（5）的输入端连接，光耦合器（3）的端口四与相移光栅（4）连接；电光调制器（5）的输出端与色散补偿光纤（6）的一端光路连接，色散补偿光纤（6）的另一端与探测器一（7）的输入端连接，探测器一（7）的输出端与微波放大器（8）的输入端连接，微波放大器（8）的输出端与微波滤波器（9）的输入端连接，微波滤波器（9）的输出端与微波功分器（10）的输入端连接，微波功分器（10）向外输出两路信号，一路信号输送至电光调制器（5）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（11）的输出端与加法器（12）的其中一个输入端连接，加法器（12）的另一个输入端与探测器三（14）的输出端连接，加法器（12）的输出端与环路滤波器（13）的输入端连接，环路滤波器（13）的输出端与激光器（1）的控制部连接；所述激光器（1）为DFB半导体激光器，所述探测器三（14）用于对激光器（1）芯片的背向出射光进行探测；所述相移光栅（4）的环境温度与色散补偿光纤（6）的环境温度保持一致；所述加法器（12）能对探测器二（11）和探测器三（14）的输出信号进行取反相加处理。...

【技术特征摘要】
1.一种基于相移光栅进行频率自稳定的光电振荡器，其特征在于：所述光电振荡器由激光器（1）、隔离器（2）、光耦合器（3）、相移光栅（4）、电光调制器（5）、色散补偿光纤（6）、探测器一（7）、微波放大器（8）、微波滤波器（9）、微波功分器（10）、探测器二（11）、加法器（12）、环路滤波器（13）和探测器三（14）组成；所述光耦合器（3）为2×2耦合器，光耦合器（3）一侧的两个端口分别记为端口一和端口二，光耦合器（3）另一侧的两个端口分别记为端口三和端口四；所述加法器（12）为双输入单输出模式；所述色散补偿光纤（6）的色散系数为负值；激光器（1）的输出端与隔离器（2）的输入端光路连接，隔离器（2）的输出端与光耦合器（3）的端口一连接，光耦合器（3）的端口二与探测器二（11）的输入端连接，光耦合器（3）的端口三与电光调制器（5）的输入端连接，光耦合器（3）的端口四与相移光栅（4）连接；电光调制器（5）的输出端与色散补偿光纤（6）的一端光路连接，色散补偿光纤（6）的另一端与探测器一（7）的输入端连接，探测器一（7）的输出端与微波放大器（8）的输入端连接，微波放大器（8）的输出端与微波滤波器（9）的输入端连接，微波滤波器（9）的输出端与微波功分器（10）的输入端连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张羽，孙力军，肖楠，梁旭，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;85