一种基于光谱分割的可重构光电振荡器制造技术

本发明专利技术公开一种基于光谱分割的可重构光电振荡器，该光电振荡器由光源、光隔离器、光调制器、光放大器、阵列波导光栅、MEMS光纤开关、多芯光纤扇入耦合器、泵浦光源、多芯光纤、多芯光纤扇出耦合器、光接收器、电耦合器、电滤波器、电放大器组成，该光电振荡器通过对宽带光源的光谱分割，在单根多芯光纤中构建了一个等效的双环振荡回路，输出相应光电振荡信号。通过MEMS光纤开关进行光电振荡信号频率的调谐，及通过泵浦光源进行光电振荡信号带宽的调谐。本发明专利技术解决了常规光电振荡器对窄带光源的依赖，和长度差异明显且分立结构的双环振荡回路导致的输出光电振荡信号稳定性问题，且光电振荡信号的频率、带宽皆可调谐，从而构建一种可重构的光电振荡器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光谱分割的可重构光电振荡器
本专利技术涉及一种光电振荡器，属于微波光子学

技术介绍
微波/毫米波信号源在雷达、无线通信、星间链路及现代测量等诸多领域有着广泛的应用。传统的电学方法产生髙频微波/毫米波信号通常需要通过倍频实现，此方法会极大恶化信号的相位噪声。由此，利用光子学方法产生微波信号的实践应运而生。光子技术和微波技术融合交叉，促进了彼此的发展，开辟了新的微波光子学研究领域。在微波光子学研究领域相关产生髙频微波/毫米波信号的技术涵盖：光外差法、频率时间映射法、脉冲整形法、时域自镜像效应，以及光电振荡器。其中光电振荡器的技术方案利用闭合的光电振荡环将连续的光能转换为周期性微波信号输出，因此具有较高的品质因子。光电振荡器产生的信号相位噪声低、频谱纯度高、频率稳定度好、频率可调谐度高，是非常优质的微波信号源，可被应用于如光脉冲输出、光时钟恢复和射频载波恢复、光载无线传输系统中的上、下变频等领域，尤其是频率、带宽可重构的光电振荡信号还可以应用于国防领域的电子对抗，以实现压制性无线信号干扰。由美国OEwaves公司生产的光电振荡器，其尺寸与一个硬币大小相当，产生的信号频率可以高达35GHz，相位噪声性能在距离载波频偏10kHz处可达到-108dBc/Hz。光电振荡器的结构早在二十世纪80年代己被提及(《OpticsCommunications》,1980,32,1:72-74)，但是利用光电振荡器产生频率稳定、相位噪声较低的微波信号概念是由Steve等人在1996年首次提出(《J.opt.soc.amer.bOpt.phys》,1996,13,12:34-35)。光电振荡器的噪声特性、频率可调谐性在学术界中已被广泛研究。选择噪声特性更好的激光源或是更长的光纤振荡回路有助于改善光电振荡器的噪声特性，双环振荡器也被证明是行之有效的方法，相比单环光电振荡器，双环结构能够有效抑制较多的边模产生。此外，国际上已有将多芯光纤应用于光电振荡器的报道，国内尚未见诸报道(中国知网CNKI检索关键字：多芯光纤、光电振荡)与申请专利(国家知识产权局查询关键字：多芯光纤、光电振荡)，即便如此，国际上目前基于多芯光纤的光电振荡器解决思路也不可避免的在实际应用中暴露出对光源、特殊制造工艺的多芯光纤的依赖，以及长度差异明显且分立结构的多环振荡回路所导致的输出光电振荡信号稳定性以及可重构问题。
技术实现思路
技术问题：目前已有的光电振荡器设计方案，大多数致力于其某项性能指标的改进，或是使用某种关键性器件，或是使用光子集成与互连的技术方案，或是侧重于基于光电振荡原理的其他领域技术解决方案，尤其是采用多芯光纤的光电振荡器设计方案尚有待于研究。学术界目前基于多芯光纤的光电振荡器解决思路不可避免的在实际应用中暴露出对光源、特殊制造工艺的多芯光纤的依赖，以及长度差异明显且分立结构的多环振荡回路所导致的输出光电振荡信号稳定性以及可重构问题。本专利技术针对这一问题提出一种针对多芯光纤的，基于光谱分割的可重构光电振荡器设计方案，本方案融合了微波光子学领域相关技术进展，解决了常规光电振荡器对窄带光源的依赖；采用单根多芯光纤的双环振荡回路结构，改善了常规光电振荡器多环回路所导致的输出光电振荡信号稳定性问题，并且本专利技术输出光电振荡信号的频率、带宽皆可调谐，从而构建了一种可重构的光电振荡器。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。一种基于光谱分割的可重构光电振荡器，其特征在于：所述光电振荡器包括依次相连的光源(1)、光隔离器(2)、光调制器(3)、光放大器(4)、阵列波导光栅(5)、MEMS光纤开关(6)、多芯光纤扇入耦合器(7)、多芯光纤(9)、多芯光纤扇出耦合器(10)；多芯光纤扇出耦合器输出分别连接两个光接收器(11)、(12)、两个光接收器(11)、(12)通过电耦合器(13)输出至电滤波器(14)，再经由电放大器(15)反馈至光调制器(3)，泵浦光源(8)输出的光波与MEMS光纤开关(6)输出的光波经过多芯光纤扇入耦合器(7)输出至多芯光纤。进一步，所述光源为超辐射发光二极管。进一步，所选超辐射发光二极管的中心波长为C波段1530nm～1565nm，在激励电源为150mA时半峰宽为110nm，室温下连续输出功率为10mW，器件的垂直发散角为35℃，水平发散角为10℃。进一步，所述阵列波导光栅、MEMS光纤开关、多芯光纤依次连接构成振荡回路，所述多芯光纤纤芯数目不少于3组，其中2组以上纤芯用于构建双环或多环振荡回路，1组纤芯用于传输泵浦光源。进一步，所述阵列波导光栅的中心波长为C波段1530nm～1565nm，信道数目为16，信道间隔可以为25GHZ、50GHZ、100GHZ，最小信道损耗小于5dB，串扰小于-30dB，所述MEMS光纤开关为16×16阵列，以完成16信道的任意开关选择。进一步，所述光电振荡器输出的光电振荡信号的频率，可由MEMS光纤开关控制与调谐。通过选择两组不同中心波长的光波，耦合进入多芯光纤的不同纤芯，产生的振荡信号的频率将反比于这两组光波的中心波长之差，从而完成了输出光电振荡信号的频率调谐。进一步，所述光电振荡器输出的光电振荡信号的带宽，可由泵浦光源的注入功率控制与调谐。通过控制耦合进多芯光纤的泵浦光源的注入功率，可以引起多芯光纤各个纤芯中的光波相位噪声，光波相位噪声会劣化光电振荡信号的带宽，即产生的振荡信号的带宽随着光功率的上升而增加，从而完成了输出光电振荡信号的带宽调谐。有益效果：本专利技术提出的基于光谱分割的可重构光电振荡器，分别在光源、振荡回路、以及可调谐控制方法的设计与选用等方面对常规光电振荡器进行了创新与改进。(1)本专利技术在光源的设计与选用方面，选择了宽谱光源的超辐射发光二极管(SLD)，与半导体激光器相比，超辐射发光二极管有更宽的发光光谱，也即更短的相干长度，可以显著地降低由光纤瑞利散射和非线性光克尔效应等引起的噪声以及光纤传输的模式噪声；与一般的发光二极管相比，超辐射发光管的输出功率更高，发散角更小，耦合效率更高以及响应速度更快。现有光电振荡器的公开专利中选用宽谱光源的技术方案是上海交通大学于2013年提出的《基于宽谱光源的频率可调谐的光电振荡装置》(申请公布号：CN103166706A)，对比分析表明其与本专利技术选用的宽谱光源在连接方式及调制机理方面存在明显差异：该上述公开专利虽然选用了宽谱光源，但紧接光源其后连接了可调光滤波器，姑且不考虑该可调光滤波器在实际应用中的器件成本与可操作性，就其可调光滤波器输出的光信号而言，与一般可调窄带光源的输出并无本质差异；而本专利技术中宽谱光源直接连至光电调制器，光电振荡装置输出频率的可调谐性由振荡回路的设计与选用决定，明显区别于上述专利中的可调光滤波器的作用。(2)本专利技术在振荡回路的设计与选用方面，选择了阵列波导光栅(AWG)、微机械系统(MEMS)光纤开关，以及多芯光纤(MCF)，其中AWG基于不同波长的光相互间线性干涉的基本光学原理，用于将宽带光谱进行分割；基于半导体微细加工技术的MEMS光纤开关，用于开/关选通特定的分割后的宽带光谱，耦合进入MCF；分割后的宽带光谱具有不同的中心波长，耦合进入MCF后经过一定距离的传输产生不同的延迟，在单根的MCF中构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光谱分割的可重构光电振荡器，其特征在于：所述光电振荡器包括依次相连的光源(1)、光隔离器(2)、光调制器(3)、光放大器(4)、阵列波导光栅(5)、光纤开关(6)、多芯光纤扇入耦合器(7)、多芯光纤(9)、多芯光纤扇出耦合器(10)；多芯光纤扇出耦合器输出分别连接第一光接收器(11)、第二光接收器(12)、所述第一光接收器(11)、第二光接收器(12)通过电耦合器(13)输出至电滤波器(14)，再经由电放大器(15)反馈至光调制器(3)，泵浦光源(8)输出的光波与光纤开关(6)输出的光波经过多芯光纤扇入耦合器(7)输出至多芯光纤。

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱分割的可重构光电振荡器，其特征在于：所述光电振荡器包括依次相连的光源(1)、光隔离器(2)、光调制器(3)、光放大器(4)、阵列波导光栅(5)、光纤开关(6)、多芯光纤扇入耦合器(7)、多芯光纤(9)、多芯光纤扇出耦合器(10)；多芯光纤扇出耦合器输出分别连接第一光接收器(11)、第二光接收器(12)、所述第一光接收器(11)、第二光接收器(12)通过电耦合器(13)输出至电滤波器(14)，再经由电放大器(15)反馈至光调制器(3)，泵浦光源(8)输出的光波与光纤开关(6)输出的光波经过多芯光纤扇入耦合器(7)输出至多芯光纤。2.根据权利要求1所述的可重构光电振荡器，其特征在于：所述光源为超辐射发光二极管。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翰，李长青，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32