波长双环路结构新型光电振荡器

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.15(2015)154204基于波长双环路结构的新型光电振荡器的研究贾石于晋龙王菊y王文睿王子雄陈斌(天津大学电子信息工程学院,天津300072)(2014年12月11日收到;2015年2月3日收到修改稿)提出了一种新型的基于波长双环路结构的光电振荡器方案.在此方案中,利用两个激光器产生两束波长不同的连续光,分别通过两段长度不同的光纤构成双环路结构,利用光学游标效应可以获得单一的起振模式.通过理论分析可知,不同波长的两束光载波在耦合时,几乎不会产生随机拍噪声.实验中,获得了X波段(8—12GHz)内频率可调谐的高

2、质量微波信号.通过测量,信号的边模抑制比达到60dB,相位噪声为132.6dBc/Hz@10kHz.同时,利用锁相环技术,通过光纤拉伸器有效补偿系统的腔长漂移,因此振荡频率的稳定性12得到极大改善.系统的频率漂移在2h内小于84.3mHz.另外,测得的微波线宽为5.3mHz,Q值在10量级,具有很高的谱纯度.关键词:光电振荡器,波长双环路,可调谐,稳定性PACS:42.50.Md,84.40.–xDOI:10.7498/aps.64.154204宽无法做到足够窄来滤出单一频率.这样,在滤1引言波器带宽内,就有多个模式存在,边模抑制比较差,也容易发生跳频.为了解决这

3、个问题,Yao和作为一切微波领域应用的基础,高性能微波源Maleki等在2000年提出了光电混合双环路OEO的相位噪声、频谱纯度和稳定性等指标直接影响雷的方案[9],边模抑制得到了很大改善,但是该方达等很多电子设备的性能[1;2].传统的微波源经过案需要两套独立的高速光电探测器、微波放大多年的发展,其噪声性能等已经接近极限.想要进器和滤波器等,大大增加了系统成本.Jiang等在一步突破,必须采用新的原理来实现微波源[3].随2007年提出了光域偏振双环路的方案[10],实现了着光子微波技术的日益成熟,人们开始利用光子微[4;5]双环路在光域耦合,有效抑制边模的同时又节

4、省波系统获得高频微波信号.其中,美国NASA了成本.但是光偏振分/合束器(polarization-beam喷气动力实验室在上个世纪90年代提出了光电振splitter/combiner,PBS/PBC)本身的消光比并不荡器(optoelectronicoscillator,OEO)的概念,实现高(约为20—30dB),导致两路光信号耦合时会产了超低相位噪声的微波源,相位噪声指标比传统微波源提高了1000倍[6].OEO一般是由光源、强度生拍噪声,恶化了系统的相位噪声.同时为了防止调制器、滤波器和放大器构成的一个正反馈环路,环路中光信号的偏振态受到环境的干扰,系统需要

5、可以产生几百MHz到上百GHz范围内的低相噪微大量的保偏光纤,极大地增加了成本.另外,OEO波信号.近些年OEO也引起了人们广泛的探索和输出频率的可调谐性在其应用方面也是极其重要研究[7;8].的,但目前的很多方案也是不能很好地实现OEOOEO采用长光纤储能来获得高Q值的同时,输出频率的可调谐.也导致其模式间隔过窄[6],普通的微波滤波器带本文提出了一种新型的基于波长双环路结构国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB315704)和国家自然科学基金(批准号:61427817,61405142,61205061)资助的课题.†通信作者.E-mail:wangju

6、@tju.edu.cn©2015中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn154204-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.15(2015)154204的OEO.这个方案的特点是,利用两个激光器产生假设环路中输入的电压的复振幅为V0,两两束波长不同的连续光.通过电光调制器后,两个环路的增益分别为g1,g2,光电探测器(photo-个波长的光载波被光波分复用器(wavelengthdivi-detector,PD)的阻抗为R0,则对应的OEO输出sionmultiplexer,WDM)分成

7、两路,分别经过两段功率为不同臂长的光纤之后再被WDM合成一路.这种双jVj2/2R00P=:环路结构利用光学游标效应有效地实现了边模抑1+jgj2+jgj2+2jgjjgj2jgj2jgj121212制,边模抑制比达到了60dB.和偏振双环路结构不(1)同,由于波长双环路结构中的WDM带外抑制比很由于OEO是从噪声起振,则(1)式中的分母应高,使得分成的每一路光载波几乎不含有另一路的该为零,由此可知这种波长双环路起振后两路增益波长分量.因此当两束光耦合时,可以有效地避免的关系为由随机干涉作用形成的拍噪声和频率跳变.和偏振双环路OEO相比,波长双环