主动锁模耦合式光电振荡器

本发明属于微波光子学，具体涉及强度前馈的主动锁模耦合式光电振荡器。

背景技术：

1、高频谱纯净度的微波信号广泛用于无线通信系统、雷达信号、测量系统等领域。光电振荡器可以产生低相位噪声、高边模抑制比的微波信号，具有频率可调谐的优势。传统的主动锁模激光器因为腔内噪声较高、模式之间相位抖动以及模式增益竞争的原因，无法实现高边模抑制比的单模信号振荡，难以产生频率纯净度高的单音信号。因此将微波光子技术与激光器结合起来，利用相位匹配条件实现稳定光脉冲的输出。

2、传统的高重复频率的光脉冲信号由主动锁模光纤激光器产生，并且通过改变注入信号的频率实现周期性的损耗调制，实现谐波信号的输出。通常输出脉冲信号的频率为基频的整数倍。但主动锁模激光器谐波工作状态时，腔内会存在超模噪声和模式竞争，导致微波信号出现幅度抖动，且随着锁模阶数的增加，幅度抖动的情况会加剧，无法输出高信噪比的微波信号。微波光子学作为微波技术和光子学技术的交叉学科，具有大带宽、低损耗的优点，光电振荡器可以通过调节电环路的相位，实现光电环路稳定的相位匹配，使得光脉冲通过调制器的透过率达到最大，实现高边模抑制比的微波信号输出。

3、光学腔内典型的提高频谱纯净度的方法是在腔内加入法布里-珀罗滤波器，装置图如图1所示，参见《applied physics letters》kazi sarwar abedin等人发表了“基于高精度光滤波器的光纤激光器超模噪声抑制方案”。pump(pump source)是980nm泵浦源，wdm(wavelength division multiplexer)是波分复用器，edf(erbium-doped fiber)是掺铒增益光纤，oc(optical isolator)是光耦合器，vodl(variable optical delay line)是可调谐光学延迟线，mzm(mach-zehnder modulator)是马赫-曾德尔调制器，pc(polarizationcontroller)是偏振控制器，fp(fabry perot)是光滤波器，rf是射频信号源。在不影响整体腔长的条件下，通过调节光滤波器的带宽以及对应的增益波长，使得梳状滤波器的透射谱中心波长对准一组模式，此时腔内该组模式的透过率达到最大，从而抑制边模噪声。但是fp滤波器的透射峰需要与激光器基频的整数倍保持时刻对准的状态，这会在腔外引入更加复杂的结构。另外fp光滤波器的插损较大，增加了激光腔内的损耗，这需要更大的光功率才可以保证脉冲稳定输出。

4、另外一种抑制光学腔内超模噪声的方式是利用光纤的非线性效应(自相位调制，交叉相位调制)和色散效应，通过在光电振荡器光学腔内加入偏振控制器和偏振相关隔离器，实现偏振相关滤波。装置图如图2所示。参见《ieee photonics technology letters》，李玉华等人发表了名为“基于非线性偏振旋转的超模噪声抑制方法”。pump(pump source)是980nm泵浦源，wdm(wavelength division multiplexer)是波分复用器，edf(erbium-doped fiber)是掺铒增益光纤，oc(optical isolator)是光耦合器，vodl(variableoptical delay line)是可调谐光学延迟线，mzm(mach-zehnder modulator)是马赫-曾德尔调制器，pc(polarization controller)是偏振控制器，fp(fabry perot)是光滤波器，rf是射频信号源。

5、腔内泵浦光的偏振态为椭圆偏振光，经过偏振相关隔离器后，椭圆偏振光变为线偏振光，并经由偏振控制器积累非线性相移，产生偏振旋转效应，从而使第二次经过偏振控制器的光脉冲经历偏振相关的损耗调制。因此这种利用被动锁模的全光域方法也可以提高边模抑制比，但是基于双折射效应的npr易受外界环境的影响，对于环境的抗干扰能力较弱，并且需要引入长光纤，精确控制光纤的动态长度。因此现有的光学环形腔内抑制超模噪声的方法存在结构复杂，不稳定，腔内损耗大的缺点。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中由于没有强度反馈结构而导致的光纤激光器输出的高重复频率光脉冲时间抖动大、输出的频谱信号边模抑制比低、频率稳定性差的问题，提出了主动锁模耦合式光电振荡器，在耦合式光电振荡器结构中加入双驱动马赫曾德尔强度调制器，将反馈信号和射频信号注入到双驱动马赫曾德尔强度调制器中，这样双音信号会对光脉冲强度进行调制，实现了主动锁模耦合式光电振荡器。

2、本发明解决技术问题的方案是：

3、主动锁模耦合式光电振荡器，其包括由激光泵浦源、波分复用器、增益光纤、可调光滤波器、双驱动马赫曾德尔强度调制器、偏振控制器、可调光延时线组成的锁模激光器及由光耦合器、探测器、微波放大器、宽带电滤波器和电功分器组成的光电振荡器。

4、所述的激光泵浦光源与波分复用器a端相接，波分复用器和泵浦源共同作用，为主动锁模激光器提供稳定的泵浦源，泵浦光经由波分复用器后，从c端输出连接增益光纤，增益光纤作为增益介质为主动锁模产生的光脉冲提供增益，增益光纤另一端与光隔离器的输入端相连，光隔离器对正向传输的光很小，而对反向传输的光损耗很大，保证了腔内光循环的单向传输，光隔离器的另外一端与第一可调光延时线相连，第一可调光延时线的输出端与90:10光耦合器d端相接，90:10耦合器的e端与偏振控制器相连，偏振控制器的另一端与光强度调制器相连，光强度调制器接收射频信号和光电振荡器产生的信号，并实现稳定的主动锁模。双驱动马赫曾德尔强度调制器的另外一端进入98:2光耦合器的输入端，98:2耦合器其中一个输出端进入可调光滤波器，可调光滤波器的输出端进入波分复用器的b端，形成锁模激光器结构。可调光滤波器可以抑制激光器的纵模竞争，实现波长的灵活选择。

5、经由90:10光耦合器输出的光进入第二可调光延时线，第二可调光延时线可以调整光信号进入耦合光电振荡器的光时延，使得光脉冲信号从强度调制器输出点到光时延输出点的时间延时等于光电振荡器中振荡信号到强度调制器的传输时延，光电探测器与第二可调光延时线相连，探测产生的光脉冲信号。可调电增益放大器用来放大探测器产生信号的光脉冲信号。宽带电滤波器可以选择耦合光电振荡器结构的振荡频率。电移相器可以调整耦合光电振荡器产生的微波信号的相位，与电滤波器相连，通过功分器将振荡产生的信号输入双驱动马赫曾德尔强度调制器另一个端口中，通过调节可调电增益放大的增益，可以控制反馈信号的强度。

6、本发明的有益效果是：本发明采用微波光子学技术，有效减少结构的复杂程度，提升光脉冲信号的频率稳定性和边模抑制比，通过将光电振荡器输出的反馈信号和微波源信号共同注入到双驱动马赫曾德尔强度调制器中，实现双音信号的注入锁定。另外可以灵活调节光纤激光器中的光时延和光电振荡器中电时延，实现精准的相位匹配，从而抑制谐波状态下的超模噪声。

7、1、由泵浦源、波分复用器、增益光纤、可调光滤波器、双驱动马赫曾德尔强度调制器、偏振控制器、可调光延时线组成的全光纤激光器整体腔长较短，杂散频率模式影响较小，边模抑制比较高。

8、2、利用双驱动马赫曾德尔强度调制器的双音注入锁定的特性实现主动锁模，减小杂散模式的透射率，抑制高次谐波状态中的超模噪声。提高主动锁模耦合式光电振荡器的单边带相位噪声输出特性。

9、3、宽带电滤波器加入主动锁模耦合式光电振荡器中保证输出信号具有较大的频率可调谐范围。其中频率可调谐性是通过可调光延时线和电移相器实现的。