具有运行于选定调制边带上的光学谐振滤波器的可调谐光电振荡器制造技术

光电振荡器(OEO)装置，其包括光学谐振滤波器，用于阻挡激光器载波频率的强激光进入光学谐振滤波器，并从与光学谐振滤波器谐振的弱调制边带中选出一个耦合入光学谐振滤波器。激光器载波频率的激光和其它边带上的激光绕过光学谐振滤波器到达快速光电探测器。在此之后，光学谐振滤波器中选定调制边带上的激光耦合后被输出与激光器载波频率的激光和快速光电探测器上其它调制边带上的激光混合，生成作为光电电子回路中电气部分的输入的探测器输出，进而生成光电振荡器振荡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有运行于选定调制边带上的光学谐振滤波器的可调谐光电振荡器优先权声明及涉及相关申请的交叉引用本专利要求申请号为61/616345、主题为“基于调相器和光学微谐振器的可调谐光电振荡器”并于2012年3月27日提出的美国临时专利的优先权，通过引用将该专利全文并入本文。
本专利文献涉及一种基于应用在诸如光学、射频(RF)以及微波等多种领域的光学及光电子设备的振荡器。
技术介绍
光学设备可用于操纵或控制所应用中的光信号不在光频段内的光线。举例来说，通过使用电子及光学器件构成光电振荡器(OEOs，Opto-ElectronicOscillators)，将用于生成射频信号及微波频率信号的射频振荡器和微波振荡器构造成“混合”装置。具体实例参见专利号分别为5,723,865、5,777,778、5,929,430和6,567,436的美国专利。这种光电振荡器包括可电控的光学调制器以及至少一个包括由光电探测器连接起来的光学部件和电气部件的主动式光电反馈回路。该光电反馈回路的光学部件接收来自于光学调制器的已调制的光输出，而光电探测器将光学器件中的光线转换成电气部件中的电信号。在此之后，使用该电信号生成用于控制光学调制器的调制控制信号。举例来说，该反馈回路在其光学部件中生成预期的长时延迟，以便抑制相位噪声，并将经过转换的电信号同相地反馈给光学调制器，以便在主动式光电回路的回路总增益超过总损耗时形成并维持射频或微波频率形式的光学调制和电振荡。由此生成的振荡信号的频率是可调谐的，并且同由其它射频及微波振荡器生成的信号相比，具有狭窄的光谱线宽以及低相位噪声。
技术实现思路
光电振荡器(OEOs，opto-electronicoscillators)包括光学谐振滤波器，用于阻挡激光器载波频率的强激光进入光学谐振滤波器，并从弱调制边带中选出一个与该光学谐振滤波器谐振的将被耦合入该光学谐振滤波器的调制边带。激光器载波频率的激光以及在其它调制边带上的激光绕开所述光学谐振滤波器到达快速光电探测器。在此之后，光学谐振滤波器中选定调制边带内的激光经耦合后输出，并在快速光电探测器上与激光器载波频率的激光以及其它调制边带上的激光混合，以生成作为光电反馈回路电气部件输入的探测器输出，进而生成光电振荡器振荡。附图说明图1为光电振荡器(OEO)装置的两个具体实例的示意图；图2为图1所示装置中的一个信号光谱实例的示意图；图3为基于光电式耳语回廊模式微谐振器的光电振荡器装置的另一具体实例的示意图；图4为具有锁相回路的光电振荡器装置实例的示意图；图5为作为可调谐光学滤波器使用的可调谐光电式耳语回廊模式微谐振器的示意图；图6为基于自注入锁定的可调谐激光器实例的示意图；图7～10为光电振荡器装置实例的测量示意图。具体实施方式此处描述的光电振荡器(OEO)装置使用诸如光相位调制器的光学调制器调制来自激光器的激光器载波频率的连续波(CW)激光束。这种光学调制产生了频率不同于激光器载波频率的光学调制边带。作为光学调制的结果，经调制的激光包括激光器载波频率的强激光以及光学调制边带上的弱激光。各类光电振荡器装置均可被设计为包括位于光电回路中的光学谐振器的光电振荡器装置。在该光回路中，激光器载波频率的强激光与用于光电振荡的光学谐振器之间产生谐振，并被直接耦合于该光学谐振器中。专利号为6,567,436、主题为“具有光学谐振器的光电振荡器”的美国专利披露了关于上述光学振荡器装置的一些实例。该美国专利已被引用，以作为本文的一部分。本文中介绍的光电振荡器装置使用光学谐振滤波器阻挡激光器载波频率的强激光进入光学谐振滤波器，并从弱调制边带中选出一个与光学谐振滤波器谐振的将被耦合入光学谐振滤波器的调制边带。激光器载波频率的激光以及其它调制边带上的激光被引导绕过光学谐振滤波器到达快速光电探测器。之后，光学谐振滤波器中选定调制边带内的激光经耦合后输出，并在快速光电探测器中与激光器载波频率的激光以及其它调制边带上的激光混合，以生成作为光电回路电气部件输入的探测器输出，进而生成光电振荡器振荡。根据这一设计，上述光电振荡器装置的光电振荡器振荡频率由激光器载波频率与(同选定的边带调制谐振的)光学谐振滤波器的谐振频率之间的频率差决定，而且该光电振荡频率的调谐可通过调谐激光器载波频率或调谐光学谐振滤波器的谐振频率来实现。另一方面，与将激光器载波频率的激光送入光学谐振滤波器以在光电回路中生成光电振荡器振荡频率的其它光电振荡器装置不同，本文中所述的光电振荡器装置中的光电回路的光电振荡器振荡频率不依赖于光学谐振滤波器的自由光谱范围，其可以是快速光电探测器频带宽度范围内的任意频率，而所述其他的光电震荡器装置中，所述光电振荡器振荡频率等于光学谐振滤波器的自由光谱范围(FSR，FreeSpectralRange)或自由光谱范围的重数(multiplicity)。光电振荡器振荡频率不依赖光学谐振滤波器自由光谱范围的独立特性使光电振荡器振荡频率可在较宽的范围内被调谐，并使光电振荡器振荡频率达到较高的频率，例如，75GHz至110GHz的W-频段(W-band)。基于光学谐振滤波器的独立于自由光谱范围和光电回路的光电振荡器振荡频率的这一特性，光学谐振滤波器可被设计成紧凑或小型的物理结构(产生较大的自由光谱范围值)，从而使光学谐振滤波器对加速度或振动不敏感。这样，上述装置常常会表现出对于加速度或振动的不敏感性的提高。此外，对于选定调制边带上的弱激光在光学谐振滤波器内的选择性耦合，可大幅减少能够诱发热效应的非期望的光吸收以及光学谐振滤波器内非期望的非线性光学效应，其中，该选择性耦合不包含载波频率的强激光于光学谐振滤波器的选择性耦合。这一特征可被用于改善光电回路的电气部件的线性。图1示出了有选择地将调制边带耦合入光学谐振滤波器并同时阻挡激光器载波频率的激光以及其它调制边带进入光学谐振滤波器的光电振荡器装置的两个实例。激光器101或102，例如CW(连续波)半导体激光器，用于产生载波激光频率的激光。光学相位调制器110用于接收载波激光频率的激光，并在调制控制信号的控制下实施光学相位调制，并对该调制控制信号作出回应。该相位调制产生了经过调制的激光。该经过调制的激光具有激光器载波频率的光谱分量以及频率不同于激光器载波频率的调制边带。光学相位调制器110可由调制光线相位及光线振幅的光学调制器替代。图2示出了相位调制器110输出端调制过的激光的多个光谱分量。为了确保激光器101或102的光学稳定性，在激光器的输出端设置有光学隔离器103，以避免任意形式的光反馈进入激光器。在由图2举例说明的图1所示的两个实例中，光学谐振滤波器121或122被设置用来接收来自光学调制器的调制过的激光，并与调制过的激光的选定调制边带光学谐振，以选择性地接收并输出经过滤的选定调制边带上的激光，同时阻挡激光器载波频率的激光和其它调制边带上的激光进入光学谐振滤波器121或122。在不会感觉到任意明显变化的情况下，被阻挡下来的激光器载波频率的激光以及其它调制边带上的激光被引导绕过光学谐振滤波器，并被引导至作为光电回路的光学部件和电气部件之间接口的光学探测器或快速光电探测器130。光学谐振滤波器121或122内部的光线经耦合后作为过滤后的激光输出。过滤后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电振荡器装置，其包括：激光器，其用于发射激光器载波频率的激光；光学调制器，其接收来自所述激光器的激光，在调制控制信号的控制下调制接收到的所述激光，并生成具有激光器载波频率的光谱分量以及频率不同于所述激光器载波频率的调制边带，作为对于所述调制控制信号的响应；光学谐振滤波器，其被定位于接收与其光学模式产生谐振的选定调制边带上的被调制过的激光，以选择性地接收并输出该选定调制边带上的过滤后的激光，同时阻挡激光器载波频率的激光以及其它调制边带进入所述光学谐振滤波器；耦合的光学探测器，其用于接收选定调制边带上的过滤后的激光、激光器载波频率的激光以及其它调制边带上的激光，以生成电探测器信号；以及反馈电子电路，其连接于所述光学探测器和所述光学调制器之间，用于放大所述电探测器信号并生成作为被输入至所述光学调制器的所述调制控制信号的电反馈信号，从而使封闭光电回路中的总信号增益大于总信号损耗，以便维持所述封闭光电回路中的振荡；所述封闭光电回路包括(1)具有所述光学调制器、所述光学谐振滤波器以及所述光学探测器的光学部分；以及(2)具有所述光学探测器和所述反馈电子电路的电气部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.27 US 61/616,3451.一种光电振荡器装置，其包括：激光器，其用于发射激光器载波频率的激光；光学调制器，其接收来自所述激光器的激光，在调制控制信号的控制下调制接收到的所述激光，并生成具有激光器载波频率的光谱分量以及频率不同于所述激光器载波频率的调制边带，作为对于所述调制控制信号的响应；光学谐振滤波器，其被定位于接收与其光学模式产生谐振的选定调制边带上的被调制过的激光，以选择性地接收并输出该选定调制边带上的过滤后的激光，同时阻挡激光器载波频率的激光以及其它调制边带进入所述光学谐振滤波器；耦合的光学探测器，其用于接收选定调制边带上的过滤后的激光、激光器载波频率的激光以及其它调制边带上的激光，以生成电探测器信号；以及反馈电子电路，其连接于所述光学探测器和所述光学调制器之间，用于放大所述电探测器信号并生成作为被输入至所述光学调制器的所述调制控制信号的电反馈信号，从而使封闭光电回路中的总信号增益大于总信号损耗，以便维持所述封闭光电回路中的振荡；所述封闭光电回路包括(1)具有所述光学调制器、所述光学谐振滤波器以及所述光学探测器的光学部分；以及(2)具有所述光学探测器和所述反馈电子电路的电气部分；其中所述光学部分和所述电气部分用于使所述振荡的振荡频率不依赖于所述光学谐振滤波器的自由光谱范围。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述反馈电子电路包括：信号放大器，其用于放大所述电探测器信号；以及相位旋转器，其用于调整所述电探测器信号的相位。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述激光器为可调谐激光器；所述可调谐激光器可用于改变所述激光器载波频率的值，从而调谐所述封闭光电回路中的振荡的振荡频率。4.根据权利要求3所述的装置，其中，包括：锁相环电路，其与所述反馈电子电路和所述可调谐激光器连接，用于将所述振荡频率锁定在外部频率源的基准频率上。5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述可调谐激光器包括：半导体激光器、与所述半导体激光器光连接的光学谐振器，该光学谐振器用于接收来自所述半导体激光器的激光，并将所述光学谐振器内的激光向回引导后注入至所述半导体激光器，以将所述半导体激光器和所述光学谐振器在频率上相互锁定，而所述光学谐振器是可调谐光学谐振器；所述可调谐光学谐振器可被调谐，以改变由所述半导体激光器产生的所述激光器载波频率。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述光学谐振器是由光电材料制成的可调谐光学耳语回廊模式谐振器。7.根据权利要求1所述的装置，其中，包括：锁相环电路，其与所述封闭光电回路连接，用于将所述振荡频率锁定在外部频率源的基准频率上。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光学谐振滤波器包括光学耳语回廊模式谐振器。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光学谐振滤波器的频率是可调谐的，以改变所述光学谐振滤波器的谐振值，进而实现对所述封闭光电回路中的振荡的振荡频率的调谐。10.一种生成振荡信号的方法，包括：操作光学调制器响应调制控制信号，对激光器载波频率的激光实施光学调制，以生成经过调制的激光；所述经过调制的激光具有所述激光器载波频率的光谱分量以及调制边带上频率不同于所述激光器载波频率的光谱分量；将经过调制的激光中的选定调制边带上的光耦合入与选定调制边带光学谐振的光学谐振滤波器，以生成选定调制边带频率上的被过滤的激光，同时阻挡所述激光器载波频率的激光和其它调制边带上的激光进入所述光学谐振滤波器；操作光学探测器接收选定调制边带上的被...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢特·马莱基，戴维·赛德尔，弗拉基米尔·伊尔琴科，丹尼·埃利亚胡，阿纳托利·萨夫琴科，安德雷·马丁斯科，
申请(专利权)人：光电波股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US