一种基于对消结构光电振荡环路的分频器及分频方法技术

本发明专利技术公开了一种基于对消结构光电振荡环路的分频器及分频方法，所述分频器包括强度调制单元、平衡探测器、放大器、滤波器和移相器。所述分频方法通过强度调制单元将待分频信号与环路中的振荡信号调制到由光源发出的光载波上；调制后的信号将同时分成相位差180

【技术实现步骤摘要】
一种基于对消结构光电振荡环路的分频器及分频方法


[0001]本专利技术涉及分频器及分频方法，尤其涉及一种基于对消结构光电振荡环路的分频器，同时还涉及一种基于对消结构光电振荡环路的分频方法。

技术介绍

[0002]分频器已广泛应用于雷达探测、无线通信、传感等领域，用于信号产生及频率合成、时钟恢复与信号处理、稳相传输及同步等。目前，微波分频器主要采用传统电子技术实现，包括基于Flip
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Flop逻辑门数字技术或基于模拟注入锁定和频率再生技术等，随着通信技术、毫米波成像技术、太赫兹技术的高速发展，上述电子分频技术在工作频率以及带宽方面受到很大的挑战。在光通信或微波光子等光子技术和电子技术交叉的领域，直接使用光子技术实现分频将会具有更大的兼容性优势，如工作频率高、工作带宽大、传输损耗小等。因此，人们对光子技术实现微波分频进行了广泛的研究，包括通过利用光注入半导体激光器、法布里
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珀罗激光二极管、半导体光放大器等器件的非线性动力学效应或通过注入锁定光纤环激光器(Zhang W,Sun J,Wang J,et al.Optical clock division based on dual
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wavelength mode
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locked semiconductor fiber ring laser.Optics Express,2008,16(15):11231
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11236.)实现微波信号的频率分频。然而，由于受到半导体器件中载流子速率低的限制，这些方法的工作频率难以进一步提升。此外，还可以通过基于次谐波注入锁定光电振荡器(Wang Q,Huo L,Xing Y,et al.Simultaneous prescaled and frequency
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doubled clock recovery using an injection
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locked optoelectronic oscillator.Optics Communications,2014,320:22
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26.)实现分频，其关键在于构建一个振荡频率接近输入信号频率1/n(n为整数)的光电振荡环路，并通过单环结构、双环结构、光频梳或者载波抑制结构构建光电振荡反馈腔实现微波信号的分频。但是，这些光电振荡环路仍然存在系统有源噪底较高，不能实现多种分频效果的问题。
[0003]因此，突破在电子领域或光通信中分频器的工作频率低，以及基于光电振荡器分频器的有源噪底较高，不能实现多种分频的问题，采用不同的结构克服上述问题对于雷达探测、无线通信、传感等领域的发展极为重要。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于对消结构光电振荡环路的分频器及分频方法，所产生的分频信号具有高信噪比，低相位噪声以及可以实现多种分频效果的优势。
[0005]技术方案：本专利技术提供的一种基于对消结构光电振荡环路的分频器，包括强度调制单元、平衡探测器、放大器、滤波器和移相器；所述强度调制单元、平衡探测器、放大器、滤波器以及移相器依次连接，且移相器的输出端连接强度调制单元的输入端，构成光电振荡环路；所述光电振荡环路的移相器和滤波器之间设有第一电耦合器，移相器和强度调制单元之间，设有第二电耦合器。
[0006]进一步的，所述滤波器为具有不同中心频率的带通滤波器。
[0007]可选的，所述强度调制单元采用双输出马赫
‑
曾德尔调制器，或者由偏振调制器、偏振控制器以及偏振分束器组成。
[0008]一种基于对消结构光电振荡环路的分频方法，包括如下步骤：
[0009](1)光源产生光载波；
[0010](2)所述强度调制单元工作在线性点；强度调制单元将待分频信号以及光电振荡环路中的振荡信号调制到光源发出的光载波上，经强度调制单元调制后的信号分成两路信号，且两路信号的相位差为180
°
；
[0011](3)两路信号同时输入至平衡探测器，经光电转换和差分运算后输出共模噪声抑制的电信号；
[0012](4)所述共模噪声抑制的电信号经过放大与滤波后一部分输出，另一部分振荡信号与待分频信号耦合后重新注入到强度调制单元，形成新的振荡环路。
[0013]具体的，当两路信号中待分频信号的
±
n阶光边带与振荡信号的
±
m阶光边带的拍频等于光电振荡环路中振荡信号的频率时，光电振荡环路开始振荡，实现了待分频信号f
i
的n/(m+1)分频；
[0014]表达式如下：
[0015][0016]其中，f
c
为光载波频率，f
i
为待分频信号的频率，f
osc
是振荡信号的频率，f
c
+nf
i
为待分频信号通过强度调制器调制于光载波上的第n阶光边带，f
c
+mf
osc
为光电振荡环路中的振荡信号通过强度调制器调制于光载波上的第m阶光边带，N为非零整数。
[0017]具体的，所述强度调制单元输出的两路光信号通过平衡探测器光电转换对应的光电流为：
[0018][0019]其中，E
c
表示光载波信号的幅度，s(t)为输入到调制单元的信号，表示平衡探测器的响应度，β为调制系数，平衡探测器输出的信号为上下两路光电路对消后的结果，即：
[0020][0021]即实现了信号的叠加输出，将输出信号的功率提升至原来的四倍，且通过平衡探测器的差分运算实现了共模信号的对消。
[0022]有益效果：
[0023]和现有技术相比，本专利技术能够对注入的信号实现分频，对分频出的信号有性能上的优化，并且通过选用不同中心频率的带通滤波器实现不同的分频效果，利用强度调制单元与平衡探测器组成的对消结构，能够有效抑制环路中的共模噪声，提高信号的信噪比，降低分频信号的相位噪声。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的一种基于对消结构光电振荡环路的分频器的结构框图；
[0025]图2为本专利技术一个实施方式中基于对消结构光电振荡环路二分频器的结构框图；
[0026]图3为本专利技术一个实施方式中强度调制单元输出光信号的示意图；
[0027]图4为本专利技术一个实施方式中对消结构的共模噪声的抑制原理框图；
[0028]图5为本专利技术一个实施方式中单路和双路时的输出信号的频谱图；
[0029]图6为本专利技术一个实施方式中单路和双路时的输出信号的相位噪声图；
[0030]图7为本专利技术一个实施方式中输出信号与待分频信号的相位噪声对比图；
[0031]图8为本专利技术强度调制单元的一种结构框图。
具体实施方式
[0032]下面将结合说明书附图，对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于对消结构光电振荡环路的分频器，其特征在于：包括强度调制单元、平衡探测器、放大器、滤波器和移相器；所述强度调制单元、平衡探测器、放大器、滤波器以及移相器依次连接，且移相器的输出端连接强度调制单元的输入端，构成光电振荡环路；所述光电振荡环路的移相器和滤波器之间设有第一电耦合器，移相器和强度调制单元之间，设有第二电耦合器。2.根据权利要求1所述的基于对消结构光电振荡环路的分频器，其特征在于：所述滤波器为具有不同中心频率的带通滤波器。3.根据权利要求1所述的基于对消结构光电振荡环路的分频器，其特征在于：所述强度调制单元采用双输出马赫
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曾德尔调制器。4.根据权利要求1所述的基于对消结构光电振荡环路的分频器，其特征在于：所述强度调制单元由偏振调制器、偏振控制器以及偏振分束器组成。5.一种采用如权利要求1
‑
4任一所述分频器的分频方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)光源产生光载波；(2)所述强度调制单元工作在线性点；强度调制单元将待分频信号以及光电振荡环路中的振荡信号调制到光源发出的光载波上，经强度调制单元调制后的信号分成两路信号，且两路信号的相位差为180
°
；(3)两路信号同时输入至平衡探测器，经光电转换和差分运算后输出共模噪声抑制的电信号；(4)所述共模噪声抑制的电信号经过放大与滤波后一部分输出，另一部分振荡信号与待分频信号耦合后重新注入到强度调制单元，形成新的振荡环路。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘时龙，杨丽，刘世锋，刘铭圳，杜长龙，刘鸿飞，朱楠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学苏州研究院苏州六幺四信息科技有限责任公司苏州六幺六光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：