一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器的制作方法

本发明属于光电子和微波，特别是一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器。

背景技术：

1、光电振荡器是光链路和电链路混合构成的延时环形振荡器，能够直接振荡产生微波信号。高性能光电振荡器一般采用光纤作为储能介质来提供大环路延时，由于光纤具有损耗低、带宽大的优点，光电振荡器的相位噪声不随振荡频率的增加而显著地恶化。在理想情形，光电振荡器的相位噪声与振荡频率无关。

2、光电振荡器可以使用数公里光纤来产生极低相位噪声的微波信号，其相位噪声远低于传统微波频率源(例如晶振锁相源、晶振倍频源、压控振荡器等)，因此光电振荡器具有广阔的应用前景，可以作为雷达和通信系统的微波本振来提升系统的性能。随着军事技术的发展、通信容量和速率的提升，对微波本振的相位噪声提出了更高的需求，这就需要进一步降低光电振荡器的相位噪声。

3、振荡器的相位噪声可以通过锁相至参考源的方法来抑制，但是光电振荡器的相位噪声远低于传统微波频率源，因此难以利用参考源来降低光电振荡器的相位噪声。另外，光电振荡器的相位噪声与环路延时密切相关，可以通过增加光纤长度的方法来降低其相位噪声。但是增加光纤长度会使得系统更容易受到环境扰动的影响，从而恶化系统的长期稳定性。因此，需要研究降低光电振荡器相位噪声的方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题为光电振荡器相位噪声的抑制，提出了一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，基于其自身振荡产生的不同频率的两路微波信号进行倍频锁相，从而能够有效地降低光电振荡器的相位噪声。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一方面，本发明提供一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，包括光源、马赫曾德尔调制器、传输光纤、光电探测器、第一微波放大器、第一双工器、第一电带通滤波器、第一电耦合器、压控移相器、第二电带通滤波器、第二电耦合器、第二双工器、第二微波放大器、倍频器、鉴相模块和控制模块；

3、所述光源、马赫曾德尔调制器、传输光纤和光电探测器、第一微波放大器和第一双工器依次级联，其中第一双工器的两个输出端分别连接第一电带通滤波器和压控移相器；第一电带通滤波器和第一电耦合器依次级联，第一电耦合器的直接输出端连接第二双工器的一个输入端；压控移相器、第二电带通滤波器和第二电耦合器依次级联，第二电耦合器的直接输出端连接第二双工器的另一个输入端；第二双工器和第二微波放大器依次级联，第二微波放大器的输出端连接马赫曾德尔调制器的微波驱动端；第一电耦合器的耦合输出端连接鉴相模块的一个输入端；第二电耦合器耦合输出端连接倍频器的输入端，倍频器的输出端连接鉴相模块的另一个输入端；鉴相模块的输出端连接控制模块的输入端，控制模块的输出端连接压控移相器的控制端。

4、进一步的，所述传输光纤可替换为光波导、光谐振腔、光学慢波结构，以及它们的组合。

5、进一步的，利用第一双工器、第一电带通滤波器、第一电耦合器、压控移相器、第二电带通滤波器、第二电耦合器、第二双工器构成传输频率不同的并联微波链路，从而形成含有两个振荡环路的光电振荡器。

6、进一步的，基于双频光电振荡器产生的f1信号和f2信号实现相位误差检测，将f1信号的n倍频分量锁相至f2信号，从而降低f1信号的相位噪声。

7、进一步的，倍频器由工作在饱和状态的放大器构成，或者由非线性传输线构成。

8、另一方面，基于同样的发明构思，本发明还提供一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，包括光源、马赫曾德尔调制器、传输光纤、光电探测器、第一微波放大器、第一双工器、第一电带通滤波器、第一电耦合器、电控滤波器、第二电耦合器、第二双工器、第二微波放大器、倍频器、鉴相模块和控制模块；

9、所述光源、马赫曾德尔调制器、传输光纤和光电探测器、第一微波放大器和第一双工器依次级联，其中第一双工器的两个输出端分别连接第一电带通滤波器和电控滤波器；第一电带通滤波器和第一电耦合器依次级联，第一电耦合器的直接输出端连接第二双工器的一个输入端；电控滤波器和第二电耦合器依次级联，第二电耦合器的直接输出端连接第二双工器的另一个输入端；第二双工器和第二微波放大器依次级联，第二微波放大器的输出端连接马赫曾德尔调制器的微波驱动端；第一电耦合器的耦合输出端连接鉴相模块的一个输入端；第二电耦合器耦合输出端连接倍频器的输入端，倍频器的输出端连接鉴相模块的另一个输入端；鉴相模块的输出端连接控制模块的输入端，控制模块的输出端连接电控滤波器的控制端。

10、进一步的，所述传输光纤替换为光波导、光谐振腔、光学慢波结构，以及它们的组合。

11、进一步的，利用第一双工器、第一电带通滤波器、第一电耦合器、电控滤波器、第二电耦合器、第二双工器构成传输频率不同的并联微波链路，从而形成含有两个振荡环路的光电振荡器。

12、进一步的，基于双频光电振荡器产生的f1信号和f2信号实现相位误差检测，将f1信号的n倍频分量锁相至f2信号，从而降低f1信号的相位噪声。

13、进一步的，倍频器由工作在饱和状态的放大器构成，或者由非线性传输线构成。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明能够显著地降低光电振荡器的相位噪声，能够提升系统的频率稳定性并进一步提升光电振荡器的应用范围；本发明所实现的相位噪声抑制是基于光电振荡器自身振荡产生的信号而实现的，无需额外使用环路外低噪声的参考源，适用于多种不同结构的光电振荡器。

技术特征：

1.一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，其特征在于，包括光源(1)、马赫曾德尔调制器(2)、传输光纤(3)、光电探测器(4)、第一微波放大器(5)、第一双工器(6)、第一电带通滤波器(7)、第一电耦合器(8)、压控移相器(9)、第二电带通滤波器(10)、第二电耦合器(11)、第二双工器(12)、第二微波放大器(13)、倍频器(14)、鉴相模块(15)和控制模块(16)；

2.根据权利要求1所述的一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，其特征在于，所述传输光纤(3)替换为光波导、光谐振腔、光学慢波结构，以及它们的组合。

3.根据权利要求1所述的一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，其特征在于，利用第一双工器(6)、第一电带通滤波器(7)、第一电耦合器(8)、压控移相器(9)、第二电带通滤波器(10)、第二电耦合器(11)、第二双工器(12)构成传输频率不同的并联微波链路，从而形成含有两个振荡环路的光电振荡器。

4.根据权利要求1所述的一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，其特征在于，基于双频光电振荡器产生的f1信号和f2信号实现相位误差检测，将f1信号的n倍频分量锁相至f2信号，从而降低f1信号的相位噪声。

5.根据权利要求1所述的一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，其特征在于，倍频器(14)由工作在饱和状态的放大器构成，或者由非线性传输线构成。

6.一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，其特征在于，包括光源(1)、马赫曾德尔调制器(2)、传输光纤(3)、光电探测器(4)、第一微波放大器(5)、第一双工器(6)、第一电带通滤波器(7)、第一电耦合器(8)、电控滤波器(101)、第二电耦合器(11)、第二双工器(12)、第二微波放大器(13)、倍频器(14)、鉴相模块(15)和控制模块(16)；

7.根据权利要求6所述的一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，其特征在于，所述传输光纤(3)替换为光波导、光谐振腔、光学慢波结构，以及它们的组合。

8.根据权利要求6所述的一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，其特征在于，利用第一双工器(6)、第一电带通滤波器(7)、第一电耦合器(8)、电控滤波器(101)、第二电耦合器(11)、第二双工器(12)构成传输频率不同的并联微波链路，从而形成含有两个振荡环路的光电振荡器。

9.根据权利要求6所述的一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，其特征在于，基于双频光电振荡器产生的f1信号和f2信号实现相位误差检测，将f1信号的n倍频分量锁相至f2信号，从而降低f1信号的相位噪声。

10.根据权利要求6所述的一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，其特征在于，倍频器(14)由工作在饱和状态的放大器构成，或者由非线性传输线构成。

技术总结
本发明公开了一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，该光电振荡器含有两个振荡环路，一路的振荡频率为f1，另一路的振荡频率为f2，并且f2＝Nf1，其中N为大于1的正整数；将f1信号N倍频后与f2信号进行鉴相，并利用产生的相位误差信号控制f1振荡环路的相位。由于光电振荡器具有相位噪声不随振荡频率的增加而显著恶化的优点，所提出的双频光电振荡器在锁相控制情形能够显著地抑制f1频率分量的相位噪声，理想情况下的相位噪声抑制效果可以达到20logN。本发明利用光电振荡器的相位噪声不随振荡频率的增加而显著恶化的优点，提出了一种主动抑制相位噪声的双频光电振荡器，能够进一步地降低光电振荡器产生微波信号的相位噪声。

技术研发人员：徐玮杰,杨春,王子晔,成爱强
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十五研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15