一种基于双平行调制器的光电振荡射频倍频器制造技术

本发明专利技术提出了一种基于双平行调制器的光电振荡射频倍频器，属于微波光子学微波射频倍频信号产生技术领域。包括连续激光源、包含上下臂的双平行调制器、光耦合器、N路不同长度的长光纤、N个光电探测器、电耦合器、电放大器以及电信号功分器；上、下臂的前端均与连续激光源输出端连接，上、下臂的后端合并后形成干涉结构，该干涉结构的输出端与光耦合器连接后通过N路长光纤与N个光电探测器连接，各光电探测器共同通过电耦合器与电放大器和电信号功分器连接，该电信号功分器第一输出端输出倍频射频电信号，第二输出端与双平行调制器下臂连接；相比于传统的倍频技术，本发明专利技术能得到更大带宽、更高频率、相位噪声表现更好的倍频射频信号。

A photoelectric oscillating frequency doubler based on dual parallel modulator

The invention provides a photoelectric oscillating frequency doubler based on a dual parallel modulator, which belongs to the technical field of microwave photonics microwave frequency doubling signal generation. Including the continuous laser source, including the upper and lower arm of the double parallel modulator, optical coupler, N different length fiber N, a photoelectric detector, electric coupler, amplifier and signal power divider; the front upper and lower arms and continuous laser source is connected to the output end of the upper and lower arm with back end after the formation of interference structure, the output end of the optical coupler and interference structure connected by N long fiber and N photoelectric detector connected to each photodetector through common electric coupler and power amplifier and signal power divider is connected, the signal splitter in a radio frequency output signal, the output of second the end is connected with the double parallel modulator arm; frequency doubling technology compared to the traditional radio frequency signal, the invention can obtain larger bandwidth, higher frequency, phase noise performance better.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双平行调制器的光电振荡射频倍频器
本专利技术提出一种基于双平行调制器的光电振荡射频倍频器，涉及微波光子学微波射频倍频信号产生

技术介绍
如今，微波信号倍频器已经广泛应用在通信、导航、雷达等多类电子系统中。目前，传统微波信号倍频器(电倍频器)如图1所示，由二次谐峰产生链路101和二次谐峰放大链路102构成，射频信号注入二次谐峰产生链路101进行射频信号倍频产生，再通过二次谐峰放大链路102，对二次谐峰产生链路101的输出信号进行信号放大，最后倍频射频信号从二次谐峰放大链路102输出。在图1中，输入信号通过二次谐峰产生链路101中的非线性器件，使其输出波形发生畸变，产生了该信号的各次谐波，再用二次谐峰产生链路101的滤波电路滤出所需的谐波频次能量并输出到二次谐峰放大链路102中进行信号放大，从而实现基频信号的倍频输出。然而随着信息传输、探测技术的快速发展，用户对信号频率和带宽的需求不断增加，传统微波信号倍频器产生的带宽和频率已经不能满足需求。微波光子倍频技术突破了上述限制，成为了高频倍频的优质方案。现有的微波光子倍频器的结构如图2所示，在这种结构中，连续激光源103将光信号注入强度调制器104，射频输入信号在强度调制器104上进行抑制载波调制，调制输入的电信号作为基频信号；经过抑制载波调制后的光信号进入光电探测器105后输出射频倍频信号(为电信号)，从而实现基频信号的倍频输出。然而利用图2所示微波光子倍频器产生的抑制载波射频倍频信号与传统的微波信号倍频器一样无法突破相位噪声恶化这一限制，输出的射频倍频信号同样存在6dB的噪声恶化。为了突破电信号在吉赫兹(GHz)范围噪声大与倍频噪声恶化的限制，可在微波光子倍频技术基础之上利用光电振荡器作为微波信号产生器件。现有光电振荡器的原理如图3所示，在图3结构中，连续光源103直接进入强度调制器104进行射频信号光调制，调制的射频信号为环路振荡频率；经过调制的射频光信号通过长光纤106后再进入光电探测器105，经过光电探测器105的拍频后得到射频电信号；再通过电放大器107放大的射频电信号再通过窄带滤波器108进行振荡模式选模，其后在电信号功分器110分为两路，一路射频电信号重新注入强度调制器104完成振荡回路闭合，另一路射频电信号从环路输出。由于长光纤延长了光信号在环路里的时间，从而提高了环路的内部储能时间，因此提高了微波的信号质量。自倍频光电振荡器就是基于该原理实现倍频射频电信号发生，然而自倍频光电振荡器由于长延时原因导致其倍频射频输出电信号在低频偏处的相位噪声指标差，因此限制了其在低速探测领域的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于双平行调制器的光电振荡射频倍频器。本专利技术可产生带宽大、倍频频率高、相位噪声低的倍频射频信号。本专利技术采用如下技术方案：一种基于双平行调制器的光电振荡射频倍频器，包括连续激光源、电放大器以及电信号功分器，其特征在于，该光电振荡射频倍频器还包括双平行调制器、光耦合器、N路不同长度的长光纤、N个光电探测器以及电耦合器；所述双平行调制器包括作为射频电信号输入臂的上臂、作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂，该上、下臂分别设有射频电信号输入端和射频倍频电信号输入端；其中，该作为射频电信号输入臂的上臂、作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂前端均与连续激光源输出端连接，该作为射频电信号输入臂的上臂、作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂的后端合并后形成干涉结构，该干涉结构的输出端与光耦合器连接后通过N路长光纤分别与N个光电探测器的输入端连接，该N个光电探测器的输出端共同通过电耦合器与电放大器的输入端连接，电放大器的输出端与电信号功分器连接，通过该电信号功分器的第一输出端输出倍频射频电信号，电信号功分器的第二输出端与双平行调制器下臂的倍频射频电信号输入端连接，对双平行调制器进行电压调制。本专利技术的特点及有益效果在于:本专利技术主要针对电倍频器射频电信号噪声恶化问题、倍频光电振荡器低频偏相位噪声高等不足。在微波光子倍频技术和光电振荡器(OEO)微波信号产生技术的基础上，首次提出了利用基于双平行调制器的光电振荡倍频器进行宽带、低噪声的射频倍频信号产生，得到了吉赫兹低相位噪声的倍频射频信号。本专利技术得到的射频信号与电倍频技术相比具有带宽大、倍频频率高、相位噪声低等优点，与自倍频光电振荡器相比具有低频偏更低相位噪声的优点。这能够使倍频信号得到更为广泛的应用，弥补传统技术在相位噪声上的缺陷。附图说明图1是传统微波信号倍频器的原理示意图。图2是现有微波光子倍频器的原理示意图。图3是现有光电振荡器的原理示意图。图4是本专利技术光电振荡射频倍频器的原理示意图。图5是本专利技术所采用的双平行探测器的信号输出图。图6是对本专利技术实施例的结构示意图。图7是通过图6所示实施例得到的射频倍频信号图。图8(a)是采用图1所示电倍频器产生的倍频射频电信号(Elecdoubler)与图6所示实施例输入的射频电信号(Input)、产生的倍频射频电信号(OEOdoubler)的相位噪声结果对比图；图8(b)是图6所示实施例得到的本专利技术产生的倍频射频电信号(OEOdoubler)与采用图2所示的微波光子倍频器(input-doubling)得到倍频射频电信号和自倍频光电振荡器输出的射频电信号(Free-runingOEO)的相位噪声结果对比图。具体实施方式本专利技术提出了一种基于双平行调制器的光电振荡射频倍频器，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。本专利技术提出一种基于双平行调制器的光电振荡射频倍频器117的电路原理如图4所示，该倍频器包括：由作为射频电信号输入臂的上臂109-2(马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)子干涉结构2)以及作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂109-1(马赫-曾德尔子干涉结构1)一同构成的双平行调制器109，光耦合器111，N路不同长度的长光纤106，N个光电探测器105，电耦合器118，电放大器107以及电信号功分器110；作为射频电信号输入臂的上臂、作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂分别设有射频电信号输入端和倍频射频信号输入端；其中，作为射频电信号输入臂的上臂、作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂的前端均与连续激光源103输出端连接，该上、下臂的后端合并后形成干涉结构109-3，该干涉结构的输出端作为双平行调制器109的输出端与光耦合器111连接后通过N路长光纤106分别与N个光电探测器的输入端连接，各光电探测器105的输出端共同通过电耦合器118与电放大器107的输入端连接，电放大器的输出端与电信号功分器110输入端连接，从电信号功分器110的第一输出端输出倍频射频电信号Idoubling-output，电信号功分器110的第二输出端与双平行调制器109下臂的倍频射频电信号输入端连接。所述双平行调制器109采用常规的双平行马赫-曾德尔调制器，对该双平行调制器进行如下电压调制：让双平行调制器109上臂的射频电信号的电压V2经外部电源调制后的偏置电压即调制电压Vb2工作在抑制载波工作点，让双平行调制器109下臂的倍频射频电信号的电压V1经外部电源调制后的偏置电压即调制电压Vb1工作在线性偏置点，控制马赫-曾德尔干涉臂3(MZ-3)109-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双平行调制器的光电振荡射频倍频器，包括连续激光源、电放大器以及电信号功分器，其特征在于，该光电振荡射频倍频器还包括双平行调制器、光耦合器、N路不同长度的长光纤、N个光电探测器以及电耦合器；所述双平行调制器包括作为射频电信号输入臂的上臂、作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂，该上、下臂分别设有射频电信号输入端和射频倍频电信号输入端；其中，该作为射频电信号输入臂的上臂、作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂前端均与连续激光源输出端连接，该作为射频电信号输入臂的上臂、作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂的后端合并后形成干涉结构，该干涉结构的输出端与光耦合器连接后通过N路长光纤分别与N个光电探测器的输入端连接，该N个光电探测器的输出端共同通过电耦合器与电放大器的输入端连接，电放大器的输出端与电信号功分器连接，通过该电信号功分器的第一输出端输出倍频射频电信号，电信号功分器的第二输出端与双平行调制器下臂的倍频射频电信号输入端连接，对双平行调制器进行电压调制。

【技术特征摘要】
1.一种基于双平行调制器的光电振荡射频倍频器，包括连续激光源、电放大器以及电信号功分器，其特征在于，该光电振荡射频倍频器还包括双平行调制器、光耦合器、N路不同长度的长光纤、N个光电探测器以及电耦合器；所述双平行调制器包括作为射频电信号输入臂的上臂、作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂，该上、下臂分别设有射频电信号输入端和射频倍频电信号输入端；其中，该作为射频电信号输入臂的上臂、作为射频倍频信号振荡反馈臂的下臂前端均与连续激光源输...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑小平，谢正洋，李尚远，严皓哲，肖雪迪，薛晓晓，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11