一种基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器

本发明涉及微波光子基准信号产生，尤其涉及一种基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器。

背景技术：

1、自从在光学领域中引入宇称时间对称以来，出现了各种具有新功能的光学器件和子系统。宇称时间对称通过调节两个腔的增益和损耗系数可获得单模激光器的输出。近年来，研究人员把这种效应应用到两个环路耦合的光电振荡器中，通过设置两个环路的环长严格相同，并使得一路的增益等于另一路的损耗可以做到宇称时间对称的打破，实现单模振荡技术，产生具有超低相位噪声的单频微波信号，其中模式的选择主要是通过增益损耗和两路耦合系数决定的。这是首次将宇称时间对称性引入到微波光子系统中，以克服长期存在的模式选择挑战。然而，这种方法需要严格控制两个环路的环长严格相同，双环的设置使装置较为复杂，增益和损耗的调谐较为不便，同时也更易受到周围环境及振动干扰的影响。

2、最近，研究人员研制了波长空间单环宇称时间对称光电振荡器。由两个不同波长的可调谐激光器通过调节偏振在空间上建立等效双环，分别为增益环和损耗环。不同的偏振状态会影响马赫曾德尔调制器的调制效率，对偏振控制器的调谐可以使反馈回路中两个波长的功率比发生变化，若满足增益损耗匹配且大于耦合系数，则可实现单模振荡，产生了低相位噪声、高边模抑制比的单频微波信号。这种方法避免了空间上的双环，稳定性更好，由于结构简单和紧凑，更易实现并有利于集成化；但是这种方法需要精确控制偏振方向，且由于使用马赫曾德尔调制器存在偏置点漂移问题，影响输出信号稳定性。

技术实现思路

1、鉴于现有振荡器系统偏振方向不易调谐及马赫曾德尔调制器存在的偏置点漂移问题，提出了本发明。

2、因此，本发明目的是提供一种基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，用于解决现有技术中由于偏振方向不易调谐及马赫曾德尔调制器存在偏置点漂移问题，使得振荡器克服输出信号存在质量低、不稳定的技术缺陷。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，此光电振荡器包括激光产生单元和光电调制单元，其中，激光产生单元，包括第一激光器、第二激光器和连接于所述第一激光器和第二激光器输出端的波分复用器；光电调制单元，与所述激光产生单元相连，其包括连接于所述波分复用器输出端的相位调制器、与所述相位调制器输出端相连的光信号转换组件和与光信号转换组件电性相连的电信号调制组件。

4、作为本发明所述基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器的一种优选方案，其中：所述第一激光器和第二激光器产生具有波长差的激光束；所述波分复用器将两个具有波长差的激光束结合在一起，形成光束信号。

5、作为本发明所述基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器的一种优选方案，其中：所述相位调制器对光束信号的边带的相位进行调制，使两光载波各自的正负一阶边带的相位相反。

6、作为本发明所述基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器的一种优选方案，其中：所述光信号转换组件包括与所述相位调制器输出端相连的光带通滤波器和通过单模光纤连接于所述光带通滤波器输出端的光耦合器。

7、作为本发明所述基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器的一种优选方案，其中：所述光带通滤波器对光束信号中两光载波及边带进行滤波处理；所述单模光纤用于将光束延迟，提升信号的相位噪声性能；所述光耦合器对接收到的光束信号进行分离，形成两路，分为第一光束和第二光束。

8、作为本发明所述基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器的一种优选方案，其中：所述光带通滤波器通过调节其中心频率和带宽来对光信号中的两光载波及边带进行调谐，从而使其中一个光载波与相对应的边带形成增益环，使另一个光载波与相应的边带形成损耗环。

9、作为本发明所述基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器的一种优选方案，其中：所述电信号调制组件包括光电探测器、连接于所述光电探测器输出端的电放大器、连接于所述电放大器输出端的电带通滤波器，以及连接于所述电带通滤波器输出端的电耦合器；所述光电探测器的输入端与所述光耦合器的输出端连接，探测所述第二光束。

10、作为本发明所述基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器的一种优选方案，其中：所述光电探测器将第二光束的光信号转化为电信号；所述电放大器对所述光电探测器转化的电信号进行放大；所述电带通滤波器对放大后的电信号进行滤波；所述电耦合器对滤波后的电信号进行分离，并最终输出低相噪单频微波信号。

11、作为本发明所述基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器的一种优选方案，其中：所述电耦合器的输出端通过导线连接于所述相位调制器的输入端，形成闭合单环回路。

12、作为本发明所述基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器的一种优选方案，其中：两个所述激光束的波长差δλ需满足如下条件：

13、 ；

14、其中，n表示为常数，fc表示为电带通滤波器的中心频率，d为单模光纤对应的色散系数。

15、本发明的有益效果：

16、本发明利用相位调制器对光信号载波的边带进行调制以及利用光带通滤波器对光信号载波和边带进行滤波，从而控制光载波和边带的功率幅值，继而影响拍频信号功率，灵活调节两环路的增益和损耗。当满足增益损耗匹配且大于耦合系数时，则宇称时间对称条件被打破，从而产生单频微波信号，即本发明产生的单频微波信号具有边模抑制比高且相位噪声低的优点，可以极大程度的提高雷达基准信号源的质量，具有非常大的应用潜力；

17、本发明的装置核心器件为可调谐半导体激光器、相位调制器和光带通滤波器，该振荡器具有系统结构简单、构造成本低和操控简单的优点，各个模块都可以小型化集成封装，且可通过计算机程序远程控制，使得基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器可一体化集成；

18、进一步地，通过调节两激光器的输出光功率也能够相应地调节环路中的增益和损耗，从而实现单空间环宇称时间对称光电振荡器。

技术特征：

1.一种基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，其特征在于：包括，

2.根据权利要求1所述的基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，其特征在于：所述第一激光器（101）和第二激光器（102）产生具有波长差的激光束；

3.根据权利要求2所述的基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，其特征在于：所述相位调制器（201）对光束信号的边带的相位进行调制，使两光载波各自的正负一阶边带的相位相反。

4.根据权利要求2或3所述的基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，其特征在于：所述光信号转换组件（202）包括与所述相位调制器（201）输出端相连的光带通滤波器（202a）和通过单模光纤（202b）连接于所述光带通滤波器（202a）输出端的光耦合器（202c）。

5.根据权利要求4所述的基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，其特征在于：所述光带通滤波器（202a）对光束信号中两光载波及边带进行滤波处理；

6.根据权利要求5所述的基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，其特征在于：所述光带通滤波器（202a）通过调节其中心频率和带宽来对光信号中的两光载波及边带进行调谐，从而使其中一个光载波与相对应的边带形成增益环，使另一个光载波与相应的边带形成损耗环。

7.根据权利要求6所述的基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，其特征在于：所述电信号调制组件（203）包括光电探测器（203a）、连接于所述光电探测器（203a）输出端的电放大器（203b）、连接于所述电放大器（203b）输出端的电带通滤波器（203c），以及连接于所述电带通滤波器（203c）输出端的电耦合器（203d）；

8.根据权利要求7所述的基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，其特征在于：所述光电探测器（203a）将第二光束的光信号转化为电信号；

9.根据权利要求8所述的基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，其特征在于：所述电耦合器（203d）的输出端通过导线连接于所述相位调制器（201）的输入端，形成闭合单环回路（b）。

10.根据权利要求2、3和5~9任一所述的基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，其特征在于：两个所述激光束的波长差δλ需满足如下条件：

技术总结本发明涉及微波光子基准信号产生技术领域，公开了一种基于相位调制的单空间环宇称时间对称光电振荡器，此光电振荡器中，激光产生单元，包括第一激光器、第二激光器和连接于第一激光器和第二激光器输出端的波分复用器；光电调制单元，其包括连接于波分复用器输出端的相位调制器、光信号转换组件和与之电性相连的电信号调制组件；本发明利用相位调制器对光信号载波的边带进行调制和利用光带通滤波器对光信号载波和边带进行滤波，从而控制光载波和边带的功率幅值；当满足增益损耗匹配且大于耦合系数时，则宇称时间对称条件被打破，将产生单频微波信号，即此微波信号具有边模抑制比高且相位噪声低的优点，可极大程度提高雷达基准信号源的质量。技术研发人员：周沛,顾王杰,唐志刚,李念强,陈文鑫受保护的技术使用者：苏州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29