一种倍频光电振荡器制造技术

本发明专利技术公开了一种倍频光电振荡器，包括：光源、基波与倍频双输出光调制器模块、光探测器、光电环路。基波与倍频双输出光调制器模块由马赫曾德尔调制器、光移相器和三个光耦合器组成。利用马赫曾德尔调制器工作在最大传输点和最小传输点的调制特性来实现光电振荡器的倍频振荡信号的输出。为了产生反馈基频微波信号用以维持光电振荡器的工作，将马赫曾德尔调制器的输出光和另一路经过移相的光载波耦合进入一路，通过相干干涉产生基频微波信号。其中，基波与倍频双输出光调制器模块集成在一块铌酸锂芯片上。本光电振荡器工作点易于控制，在温度变化和振动环境中易于稳定工作，且成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种倍频光电振荡器，属于光子技术和微波

技术介绍
传统的高性能微波信号源大都采用电储能元件例如介质腔振荡器或声储能元件例如石英晶体振荡器构成谐振腔。当介质腔和晶体谐振腔的工作频率超过千兆赫兹时，其品质因数(Quality factor，Q)迅速下降，所产生的微波信号具有较差的相位噪声。上世纪九十年代，X·S·姚等人首次提出利用光电振荡器(Optoelectronic Oscillator，OEO)产生高性能的微波信号，参见授予X·S·姚等人的中国专利第00803073号。光电振荡器是一种基于光学谐振腔储能的微波振荡器。典型的光电振荡器主要由以下几个器件组成：激光光源、电光调制器、一段单模光纤或高Q值光学谐振腔、光探测器、微波放大器和微波带通滤波器。因为单模光纤具有极低的损耗，损耗约为0.2dB/km，所以几公里长的光纤构成的环形腔的Q值达到1010，基于该种光学腔的振荡器可以产生极低相位噪声的振荡信号。与传统振荡器相比，光电振荡器不仅具有非常低的相位噪声，而且其相位噪声与振荡频率无关，故其振荡信号的低相位噪声特性在微波、毫米波甚至更高频率下均能得到保证。尽管光电振荡器可以产生高质量的微波信号，但是振荡输出信号的频率仍然受到光电环路中各个器件的带宽限制，主要包括：电光调制器、微波放大器、微波带通滤波器。为了扩展光电振荡器的输出频率，研究者提出了倍频光电振荡器(T.Sakamoto，T.Kawanishi，and M.Izutsu，CLOE2005.以及S.Pan and J.Yao，IEEE Photon.Technol.Lett.，2009.以及W.Lixian，Z.Ninghua，L. Wei，and L. Jianguo，IEEE Photon.Technol.Lett.，2011.)。倍频光电振荡器的关键是在生成倍频振荡信号的同时，要还原基频振荡信号以维持光电振荡器的工作。在T.Sakamoto等人的方案中，调制器偏置在最小传输点，实现倍频信号输出，但该方案需要用到电1/2分频器；在S.Pan等人的方案中，为了让偏振态调制器的两路输出信号实现不同的强度调制特性，每一路均需要通过一个光检偏器来精确控制使得输出光与输入光的偏振方向呈一定的角度。实现光检偏器通常采用的技术有二种：一、采用绝缘层上覆硅技术(silicon-on-insulator，SOI)来实现；二、采用在波导内加应力控制的光波导工艺来实现。这些都不是常规的铌酸锂工艺能够实现的。而电光调制器通常采用基于铌酸锂晶体的常规的铌酸锂工艺来实现。因此，光检偏器与光调制器单片集成是很难实现的。在W.Lixian等人的方案中，基于双并联马赫曾德尔调制器的载波相移调制实现倍频信号输出，但需要采用啁啾光纤光栅还原基频振荡信号。由于光纤光栅的色散不易控制，因此必须配合使用可调激光器调节来色散，但增加了成本和复杂度。
技术实现思路
专利技术目的：提出一种结构简单、成本较低且易于稳定控制的倍频光电振荡器，实现光电振荡器的倍频振荡信号的输出。技术方案：一种倍频光电振荡器，包括光源、基波与倍频双输出光调制器模块、第一光探测器、光电环路；其中，基波与倍频双输出光调制器模块的输入端与光源连接，第一光探测器的输入端与所述基波与倍频双输出光调制器模块的第一输出端连接后输出倍频微波信号，光电环路的输入端与所述基波与倍频双输出光调制器模块的第二输出端连接构成工作于谐振频率的光电振荡电路，所述光电环路的输出端与基波与倍频双输出光调制器模块的电输入端连接构成光电反馈回路；其中，所述基波与倍频双输出光调制器模块包括：第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、马赫曾德尔调制器、光移相器；第一光耦合器的输入端与所述光源连接，马赫曾德尔调制器的输入端与所述第一光耦合器的第一输出端连接，第二光耦合器的输入端与所述马赫曾德尔调制器的输出端连接，第一光探测器的输入端与所述第二光耦合器的第一输出端连接，所述第二光耦合器的第二输出端与所述第三光耦合器的第一输入端连接，所述第三光耦合器的第二输入端与所述第一光耦合器的第二输出端连接，所述第三光耦合器的输出端与所述光电环路的输入端连接，光移相器串联在所述第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、马赫曾德尔调制器中任意两个器件之间；其中，所述马赫曾德尔调制器包括：第一直流偏压端、电输入端；第一直流偏压端连接第一直流电压信号，电输入端连接所述光环电路的输出端；所述光移相器包括第二直流偏压端，第二直流偏压端连接第二直流电压信号。其中，所述光环电路包括：单模光纤、第二光探测器、微波放大器、微波带通滤波器、微波移向器、微波耦合器；所述第三光耦合器的输出端依次连接单模光纤、第二光探测器、微波放大器、微波带通滤波器、微波移向器、微波耦合器后，与所述马赫曾德尔调制器的电输入端连接；所述单模光纤的输入端与所述第三光耦合器的输出端连接。作为本专利技术的改进，所述马赫曾德尔调制器为铌酸锂马赫曾德尔结构光强度调制器，所述光移向器由带金属电极的铌酸锂波导构成，所述第一至第三光耦合器由铌酸锂波导构成；所述马赫曾德尔调制器、光移向器、第一至第三光耦合器集成在一块铌酸锂芯片上。有益效果：(1)本专利技术的基波与倍频双输出光调制器模块由马赫曾德尔调制器、光移相器和光耦合器构成，不采用偏振调制器和啁啾光纤光栅等不易控制的光学器件，只需通过对马赫曾德尔调制器和光移相器进行直流电压控制即可实现光电振荡器的稳定工作。工作点易于控制，在温度变化和振动环境中易于稳定工作，且成本较低。(2)光移相器可以由带金属电极的铌酸锂波导来构成。马赫曾德尔调制器、光移相器和光耦合器均可以采用常规的铌酸锂波导工艺来制作，因此马赫曾德尔调制器、光移相器和第一至第三光耦合器可以集成在一块铌酸锂芯片上，具有可靠性高、体积小、成本低等优点。附图说明图1是倍频光电振荡器的原理结构图；图2是马赫曾德尔调制器的调制特性曲线；图3是基波与倍频双输出光调制器模块及其输出的结构图；图4是基波与倍频双输出光调制器模块及其输出的频谱示意图；图5是基波与倍频双输出光调制器模块的结构图二；图6是基波与倍频双输出光调制器模块的结构图三；图7是基波与倍频双输出光调制器模块的结构图四。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图1所示，一种倍频光电振荡器，包括光源100、基波与倍频双输出光调制器模块110、第一光探测器121、光电环路130；其中，基波与倍频双输出光调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倍频光电振荡器，其特征在于：包括光源、基波与倍频双输出光调制器模块、第一光探测器、光电环路；其中，基波与倍频双输出光调制器模块的输入端与光源连接，第一光探测器的输入端与所述基波与倍频双输出光调制器模块的第一输出端连接后输出倍频微波信号，光电环路的输入端与所述基波与倍频双输出光调制器模块的第二输出端连接构成工作于谐振频率的光电振荡电路，所述光电环路的输出端与基波与倍频双输出光调制器模块的电输入端连接构成光电反馈回路；其中，所述基波与倍频双输出光调制器模块包括：第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、马赫曾德尔调制器、光移相器；第一光耦合器的输入端与所述光源连接，马赫曾德尔调制器的输入端与所述第一光耦合器的第一输出端连接，第二光耦合器的输入端与所述马赫曾德尔调制器的输出端连接，第一光探测器的输入端与所述第二光耦合器的第一输出端连接，所述第二光耦合器的第二输出端与第三光耦合器的第一输入端连接，所述第三光耦合器的第二输入端与所述第一光耦合器的第二输出端连接，所述第三光耦合器的输出端与所述光电环路的输入端连接，光移相器串联在所述第一光耦合器、第二光耦合器、第三光耦合器、马赫曾德尔调制器中任意两个器件之间；其中，所述马赫曾德尔调制器包括：第一直流偏压端、电输入端；第一直流偏压端连接第一直流电压信号，电输入端连接所述光环电路的输出端；所述光移相器包括第二直流偏压端，第二直流偏压端连接第二直流电压信号。...

【技术特征摘要】
1.一种倍频光电振荡器，其特征在于：包括光源、基波与倍频双输出光调制器模块、
第一光探测器、光电环路；其中，基波与倍频双输出光调制器模块的输入端与光源
连接，第一光探测器的输入端与所述基波与倍频双输出光调制器模块的第一输出端
连接后输出倍频微波信号，光电环路的输入端与所述基波与倍频双输出光调制器模
块的第二输出端连接构成工作于谐振频率的光电振荡电路，所述光电环路的输出端
与基波与倍频双输出光调制器模块的电输入端连接构成光电反馈回路；
其中，所述基波与倍频双输出光调制器模块包括：第一光耦合器、第二光耦合器、
第三光耦合器、马赫曾德尔调制器、光移相器；第一光耦合器的输入端与所述光源
连接，马赫曾德尔调制器的输入端与所述第一光耦合器的第一输出端连接，第二光
耦合器的输入端与所述马赫曾德尔调制器的输出端连接，第一光探测器的输入端与
所述第二光耦合器的第一输出端连接，所述第二光耦合器的第二输出端与第三光耦
合器的第一输入端连接，所述第三光耦合器的第二输入端与所述第一光耦合器的第
二输出端连接，所述第三光耦合器的输出端与所述光电环路的输入端连接，光移...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春，崇毓华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：