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1、(10)申请公布号 CN 102931568 A (43)申请公布日 2013.02.13 CN 102931568 A *CN102931568A* (21)申请号 201210456227.8 (22)申请日 2012.11.14 H01S 1/02(2006.01) H04B 10/50(2013.01) (71)申请人 浙江大学 地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路 38 号 (72)发明人 每媛 池灏 郑史烈 章献民 金晓峰 (74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 张法高 (54) 发明名称 一种基于窄带双峰相移光纤光栅的光电振荡 器及其方法 。
2、(57) 摘要 本发明公开了一种基于窄带双峰相移光纤光 栅的光电振荡器及其方法。包括波长可调谐激光 器、 偏振控制器、 单臂马赫曾德尔调制器、 掺铒光 纤放大器、 窄带双峰相移光纤光栅、 高速光电探 测器、 微波放大器、 微波耦合器 ； 波长可调谐激光 器、 偏振控制器、 单臂马赫曾德尔调制器、 掺铒光 纤放大器、 窄带双峰相移光纤光栅、 高速光电探测 器通过光纤顺次相连 ； 高速光电探测器、 微波放 大器、 微波耦合器、 单臂马赫曾德尔调制器的射频 输入端通过微波同轴线顺次相连， 微波耦合器一 个输出端口是微波信号输出端。本发明避免使用 了传统光电振荡器为提高信号 Q 值和频谱纯度所 必需的。
3、长光纤、 高 Q 值高通微波滤波器， 具有结构 简单、 紧凑、 易集成等优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种基于窄带双峰相移光纤光栅的光电振荡器， 其特征在于包括波长可调谐激光 器 （1） 、 偏振控制器 （2） 、 单臂马赫曾德尔调制器 （3） 、 掺铒光纤放大器 （4） 、 窄带双峰相移光 纤光栅 （5） 、 高速光电探测器 （6） 、 微波放大器 （7） 、 微波耦合器 （8） ； 波长可调谐激光器 （1） 。
4、、 偏振控制器 （2） 、 单臂马赫曾德尔调制器 （3） 、 掺铒光纤放大器 （4） 、 窄带双峰相移光纤光栅 （5） 、 高速光电探测器 （6） 通过光纤顺次相连 ； 高速光电探测器 （6） 、 微波放大器 （7） 、 微波耦 合器 （8） 、 单臂马赫曾德尔调制器 （3） 的射频输入端通过微波同轴线顺次相连， 微波耦合器 一个输出端口 （9） 是微波信号输出端 ； 其中， 单臂马赫曾德尔调制器 （3） 、 掺铒光纤放大器 （4） 、 窄带双峰相移光纤光栅 （5） 、 高速光电探测器 （6） 、 微波放大器 （7） 、 微波耦合器 （8） 构 成了一个稳定闭合光电振荡回路 ； 通过调节波长可。
5、调谐激光器 （1） 的波长， 在光电回路里 信号稳定振荡后， 回路里的光波长自锁定在双峰窄带相移光纤光栅的两个透射峰中心处， 经过高速光电探测器拍频， 在微波耦合器 （8） 的一个输出端口 （9） 产生单频稳定的微波信 号， 信号频率由窄带双峰相移光纤光栅的双峰中心波长间隔决定。 2. 一种使用如权利要求 1 所述光电振荡器的基于窄带双峰相移光纤光栅的光电振荡 方法， 其特征在于 ： 由可调谐激光器 （1） 发出的单频光信号作为光载波， 经过偏振控制器 （2） 注入到单臂马赫曾德尔调制器 （3） 的输入端， 单臂马赫曾德尔调制器 （3） 将微波耦合器 （8） 一个输出端口注入的微波信号调制在光。
6、载波上， 同时产生多个光边带 ； 再经过掺铒光纤 放大器 （4） 对光信号进行放大， 补偿了单臂马赫曾德尔调制器 （3） 的插入损耗并预补偿窄 带双峰相移光纤光栅 （5） 的插入损耗 ； 放大后的信号输入到窄带双峰相移光纤光栅 （5） 里， 由相移双峰光纤光栅的两个窄带透射峰从光路中选择出两个模式， 继续传输到高速光电探 测器 （6） 中， 经过光电转换， 产生一个单频微波信号， 经过微波放大器 （7） 放大， 由微波耦合 器的一个输出端口反馈回单臂马赫曾德尔调制器 （3） 的射频输入端， 完成了一个闭合的光 电振荡回路 ； 产生的微波信号频率由窄带双峰相移光纤光栅 （5） 的两个透射峰中心波。
7、长间 隔决定， 微波信号由微波耦合器 （8） 的输出端口 （9） 输出 ； 其中， 双窄带传输峰光纤光栅 （5） 作为高Q值光滤波器， 是在光纤光栅中对称插入两段相移能产生双窄带透射峰的光纤光 栅， 光纤光栅的两个窄带透射峰带宽为几十兆赫兹， 在众多的光振荡模式中， 只有两个单一 模式被两个相移光纤光栅的透射峰滤出， 经过高速光电探测器 （6） 拍频产生的单频微波信 号， 信号 Q 值以及信号频谱纯度性能大大提高 ； 起到传统光电振荡器中长光纤和窄带高通 微波滤波器的双重作用。 权 利 要 求 书 CN 102931568 A 2 1/3 页 3 一种基于窄带双峰相移光纤光栅的光电振荡器及其方。
8、法 技术领域 0001 本发明涉及微波 / 毫米波信号发生的微波光子领域和光通信领域， 尤其涉及一种 基于窄带双峰相移光纤光栅的光电振荡器及其方法。 背景技术 0002 高质量的微波信号源在现代雷达， 无线通信， 软件无线电， 测试与测量等领域有着 广泛的应用。在传统的射频 / 微波信号产生方法中， 有通过频率合成器对低频信号进行倍 频产生几吉赫兹到几百吉赫兹信号 ； 也有用电子振荡器， 如常用的晶体振荡器， 但产生的信 号频率较低 ； 还有通过两个单模激光源输出信号进行混频得到微波信号等。这些方法产生 的微波信号都不可避免的有相位噪声大、 频谱纯度低、 频率稳定度不够好等缺点。 0003 光。
9、电振荡器是一种利用光电器件将连续光能量转换为周期性变换的射频微波信 号装置。它解决了传统产生射频信号方法中不可避免的众多不足， 具有高效率、 高速度、 信号稳定度高和频谱纯度高等优点， 在产生高频微波 / 毫米波信号方面具有不可比拟的优 势。光电振荡器的概念是由 Steve Yao 和 Maleki 于 1996 年首次提出， 他们提出了一种基 于长光纤构造一个高 Q 值光学谐振腔的光电振荡器， 其产生信号 Q 值可达 。 在随后的研究中， 又不断产生新的光电振荡器结构， 有双环甚至多环的光电振荡器， 耦合 式光电振荡器， 注入锁定式光电振荡器， 基于 Fabry-Perot 标准具的光电振荡。
10、器， 基于 Whispering-Gallery Modes（WGM） 的光电振荡器等。其中， 多环光电振荡器、 耦合式光电 振荡器、 注入锁定式光电振荡器均采用长光纤保证信号的高 Q 值， 但同时会导致在闭合的 光电振荡回路里， 满足相位整数倍的起振模式间隔变小， 需在闭合的微波链路里用一个 高 Q 值窄带微波滤波器进行滤波， 保证微波输出端能够得到一个稳定理想的单模信号。而 基于Fabry-Perot标准具和基于WGM的光电振荡器原理均是在光域直接滤除不必要的振荡 模式， 得到单一稳定振荡理想模式， 同时能保证信号的高 Q 值， 省去传统光电振荡器结构中 长光纤和窄带微波滤波器的需要， 使。
11、结构变得非常简单、 紧凑化。 本发明中基于窄带双峰相 移光纤光栅的结构也是通过双峰光纤光栅起到一个高 Q 值光滤波器作用， 从而实现稳定单 频低相位噪声信号输出。 0004 光电振荡器以其能够产生高品质微波信号的优异性能， 被用在众多领域中， 包括 光子压控振荡器， 高频再生和分布， 高增益频率倍增， 频率梳和脉冲信号发生， 载波恢复以 及时钟恢复等。 发明内容 0005 本发明的目的是克服传统光电振荡器结构体积庞大、 不易集成的缺点， 提供一种 结构简单、 紧凑、 易集成的基于窄带双峰相移光纤光栅的光电振荡器及其方法。 。 0006 本发明解决其技术问题所采用的方案是 ： 基于窄带双峰相移光。
12、纤光栅的光电振荡器包括波长可调谐激光器、 偏振控制器、 单臂 马赫曾德尔调制器、 掺铒光纤放大器、 窄带双峰相移光纤光栅、 高速光电探测器、 微波放大 说 明 书 CN 102931568 A 3 2/3 页 4 器、 微波耦合器 ； 波长可调谐激光器、 偏振控制器、 单臂马赫曾德尔调制器、 掺铒光纤放大 器、 窄带双峰相移光纤光栅、 高速光电探测器通过光纤顺次相连 ； 高速光电探测器、 微波放 大器、 微波耦合器、 单臂马赫曾德尔调制器的射频输入端通过微波同轴线顺次相连， 微波耦 合器一个输出端口是微波信号输出端 ； 其中， 单臂马赫曾德尔调制器、 掺铒光纤放大器、 窄 带双峰相移光纤光栅、。
13、 高速光电探测器、 微波放大器、 微波耦合器构成了一个稳定闭合光电 振荡回路 ； 通过调节波长可调谐激光器的波长， 在光电回路里信号稳定振荡后， 回路里的光 波长自锁定在双峰窄带相移光纤光栅的两个透射峰中心处， 经过高速光电探测器拍频， 在 微波耦合器的一个输出端口产生单频稳定的微波信号， 信号频率由窄带双峰相移光纤光栅 的双峰中心波长间隔决定。 0007 基于窄带双峰相移光纤光栅的光电振荡方法 ： 由可调谐激光器发出的单频光信号 作为光载波， 经过偏振控制器注入到单臂马赫曾德尔调制器的输入端， 单臂马赫曾德尔调 制器将微波耦合器一个输出端口注入的微波信号调制在光载波上， 同时产生多个光边带 。
14、； 再经过掺铒光纤放大器对光信号进行放大， 补偿了单臂马赫曾德尔调制器的插入损耗并预 补偿窄带双峰相移光纤光栅的插入损耗 ； 放大后的信号输入到窄带双峰相移光纤光栅里， 由相移双峰光纤光栅的两个窄带透射峰从光路中选择出两个模式， 继续传输到高速光电探 测器中， 经过光电转换， 产生一个单频微波信号， 经过微波放大器放大， 由微波耦合器的一 个输出端口反馈回单臂马赫曾德尔调制器的射频输入端， 完成了一个闭合的光电振荡回 路 ； 产生的微波信号频率由窄带双峰相移光纤光栅的两个透射峰中心波长间隔决定， 微波 信号由微波耦合器的输出端口输出 ； 其中， 双窄带传输峰光纤光栅作为高 Q 值光滤波器， 是。
15、 在光纤光栅中对称插入两段 相移能产生双窄带透射峰的光纤光栅， 光纤光栅的两个窄 带透射峰带宽为几十兆赫兹， 在众多的光振荡模式中， 只有两个单一模式被两个相移光纤 光栅的透射峰滤出， 经过高速光电探测器拍频产生的单频微波信号， 信号 Q 值以及信号频 谱纯度性能大大提高 ； 起到传统光电振荡器中长光纤和窄带高通微波滤波器的双重作用。 0008 与传统的光电振荡器相比， 本发明不需要窄带高通微波滤波器， 不需要长光纤， 具 有结构简单、 紧凑、 易集成等优点， 是一个稳定实用的微波信号源。 附图说明 0009 图 1 是基于窄带双峰相移光纤光栅光电振荡器结构示意图 ； 图 2(a) 是马赫曾德。
16、尔调制器将输入的微波信号调制到光载波上的光谱图 ； 图 2(b) 是窄带双峰相移光纤光栅的透射谱图 ； 图 2(c) 是光信号经过窄带双峰相移光纤光栅滤波后的光谱图。 0010 图中 ： 波长可调谐激光器 1、 偏振控制器 2、 单臂马赫曾德尔调制器 3、 掺铒光纤放 大器 4、 窄带双峰相移光纤光栅 5、 高速光电探测器 6、 微波放大器 7、 微波耦合器 8。 具体实施方式 0011 为使本发明的目的、 技术方案和优点比较清楚明白， 以下结合附图和实施例对本 发明作进一步说明。 0012 如图 1 所示， 基于窄带双峰相移光纤光栅的光电振荡器包括波长可调谐激光器 1、 偏振控制器2、 单臂。
17、马赫曾德尔调制器3、 掺铒光纤放大器4、 窄带双峰相移光纤光栅5、 高速 说 明 书 CN 102931568 A 4 3/3 页 5 光电探测器 6、 微波放大器 7、 微波耦合器 8 ； 波长可调谐激光器 1、 偏振控制器 2、 单臂马赫 曾德尔调制器 3、 掺铒光纤放大器 4、 窄带双峰相移光纤光栅 5、 高速光电探测器 6 通过光纤 顺次相连 ； 高速光电探测器 6、 微波放大器 7、 微波耦合器 8、 单臂马赫曾德尔调制器 3 的射 频输入端通过微波同轴线顺次相连， 微波耦合器一个输出端口 9 是微波信号输出端 ； 其中， 单臂马赫曾德尔调制器3、 掺铒光纤放大器4、 窄带双峰相移光。
18、纤光栅5、 高速光电探测器6、 微波放大器 7、 微波耦合器 8 构成了一个稳定闭合光电振荡回路 ； 通过调节波长可调谐激光 器 1 的波长， 在光电回路里信号稳定振荡后， 回路里的光波长自锁定在双峰窄带相移光纤 光栅的两个透射峰中心处， 经过高速光电探测器拍频， 在微波耦合器8的一个输出端口9产 生单频稳定的微波信号， 信号频率由窄带双峰相移光纤光栅的双峰中心波长间隔决定。 0013 基于窄带双峰相移光纤光栅的光电振荡方法 ： 由可调谐激光器 1 发出的单频光信 号作为光载波， 经过偏振控制器2注入到单臂马赫曾德尔调制器3的输入端， 单臂马赫曾德 尔调制器 3 将微波耦合器 8 一个输出端口。
19、注入的微波信号调制在光载波上， 同时产生多个 光边带 ； 再经过掺铒光纤放大器4对光信号进行放大， 补偿了单臂马赫曾德尔调制器3的插 入损耗并预补偿窄带双峰相移光纤光栅 5 的插入损耗 ； 放大后的信号输入到窄带双峰相移 光纤光栅 5 里， 由相移双峰光纤光栅的两个窄带透射峰从光路中选择出两个模式， 继续传 输到高速光电探测器6中， 经过光电转换， 产生一个单频微波信号， 经过微波放大器7放大， 由微波耦合器的一个输出端口反馈回单臂马赫曾德尔调制器 3 的射频输入端， 完成了一个 闭合的光电振荡回路 ； 产生的微波信号频率由窄带双峰相移光纤光栅 5 的两个透射峰中心 波长间隔决定， 微波信号由。
20、微波耦合器 8 的输出端口 9 输出 ； 其中， 双窄带传输峰光纤光栅 5 作为高 Q 值光滤波器， 是在光纤光栅中对称插入两段 相移能产生双窄带透射峰的光纤 光栅， 光纤光栅的两个窄带透射峰带宽为几十兆赫兹， 在众多的光振荡模式中， 只有两个单 一模式被两个相移光纤光栅的透射峰滤出， 经过高速光电探测器 6 拍频产生的单频微波信 号， 信号 Q 值以及信号频谱纯度性能大大提高 ； 起到传统光电振荡器中长光纤和窄带高通 微波滤波器的双重作用。 0014 光电振荡回路中， 在马赫曾德尔调制器输出端产生光载波和多阶谐波边带， 如图 2 （a） 所示， 窄带双峰相移光纤光栅透射谱如图 2（b） 所示， 通过反馈电路将可调激光器的波 长锁定在窄带双峰相移光纤光栅的一个透射峰中心 处， 另一个窄带透射峰滤出众多边带 中的一个边带， 滤出两个稳定振荡光模式， 如图 2（c） 所示， 经高速光电探测器拍频产 生单频稳定低噪声的微波信号， 其频率为（ 为光速，为相移光栅的两个透 射峰间距， 为相移光栅的折射率， 为可调激光器的中心波长） 。 说 明 书 CN 102931568 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102931568 A 6 。