一种直调式主动锁模光电振荡器

【】本发明涉及微波光子学，具体而言，涉及一种直调式主动锁模光电振荡器。

背景技术

0、背景技术：

1、光电振荡器是具有正反馈光电混合回路的微波光子自激振荡系统，借助低损耗或高品质因数的储能元件，可产生具有低相位噪声的微波信号。作为微波技术和光子技术的交叉领域，光电振荡器同样融合了两者的各自优势，具有大带宽和高频率等优点。因此，光电振荡器可作为高性能微波光子信号源，应用于涉及微波信号的产生、处理或接收的各种场合中，是微波光子学领域的研究热点。

2、自光电振荡器发明以来，研究人员发现，通过将主动锁模技术应用到光电振荡器上，可以实现多模振荡，产生微波频率梳信号。微波频率梳具有频率成分丰富、频率范围宽、梳距高精度等特点。然而，传统的主动锁模光电振荡器通过插入额外的光强度调制器或电耦合器来注入主动调制信号实现微波频率梳信号输出，导致主动锁模光电振荡器的复杂度和成本高，并且输出的微波频率梳信号精度低。

3、因此，如何降低主动锁模光电振荡器的复杂度和成本，并提高输出的微波频率梳信号的精度为本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、为了解决现有技术中主动锁模光电振荡器的复杂度和成本高，输出的微波频率梳信号精度低的问题，本发明提供一种直调式主动锁模光电振荡器。

2、一种直调式主动锁模光电振荡器，包括驱动器、半导体激光器、主动锁模模块、分光器、第一光纤环、第一光电探测器、第二光纤环、第二光电探测器、耦合器、放大器、滤波器、功分器，形成光电振荡环路，其中：

3、所述驱动器通过控制所述半导体激光器的瞬态工作电流将电信号调制到光载波上，得到光信号；

4、所述主动锁模模块包括信号发生器和调制器，所述信号发生器生成主动调制信号，所述调制器将所述主动调制信号耦合至所述光电振荡环路中对所述光信号进行主动调制，使所述光电振荡环路内的多纵模建立固定的相位关系；

5、所述分光器将主动调制后的光信号分为第一路光信号和第二路光信号，通过第一光纤环将所述第一路光信号传输至所述第一光电探测器，通过所述第二光纤环将所述第二路光信号传输至所述第二光电探测器；

6、所述第一光电探测器将所述第一路光信号转换为第一路电信号，所述第二光电探测器将所述第二路光信号转换为第二路电信号，所述耦合器将所述第一路电信号和所述第二路电信号耦合相加并输出至所述放大器进行信号放大；

7、所述滤波器对放大后的信号进行选频，所述功分器将选频后的信号分为微波频率梳信号和环路正反馈信号，并将所述环路正反馈信号输入至所述驱动器形成环路稳定振荡；

8、所述第一光纤环中光纤的长度小于所述第二光纤环中光纤的长度。

9、可选的，所述主动调制信号的频率与信号源在所述光电振荡环路中循环一圈的时间满足公式：

10、

11、其中，fams为主动调制信号的频率，tloop为信号源在所述光电振荡环路中循环一圈的时间，n为整数。

12、可选的，所述半导体激光器的工作电流偏置在ith+(imax-ith)/2处；

13、其中，ith为所述半导体激光器的阈值电流，imax为所述半导体激光器的最大工作电流。

14、可选的，所述半导体激光器的调制电流幅度小于或等于(imax-ith)/2。

15、可选的，所述光电振荡环路的环路增益为：

16、

17、其中，gloop为所述光电振荡环路的环路增益，vout(t)为输出电压，vin(t)为输入电压，vld为所述半导体激光器的工作电压，η为所述半导体激光器的发光效率，g为所述驱动器的跨导增益，ρ为任一光电探测器的响应度，r为跨导增益电阻，gamp为所述放大器的增益，gf为所述滤波器的增益，ne为所述功分器的功分比。

18、可选的，所述放大器的带宽范围为0.5～18ghz，所述放大器的增益为40db。

19、可选的，所述调制器具体为马赫曾德尔调制器。

20、可选的，所述滤波器的频段为1～6000mhz。

21、本发明实施例提供的直调式主动锁模光电振荡器，包括驱动器、半导体激光器、主动锁模模块、分光器、第一光纤环、第一光电探测器、第二光纤环、第二光电探测器、耦合器、放大器、滤波器、功分器，形成光电振荡环路，其中：驱动器通过控制半导体激光器的瞬态工作电流将电信号调制到光载波上，得到光信号；主动锁模模块包括信号发生器和调制器，信号发生器生成主动调制信号，调制器将主动调制信号耦合至光电振荡环路中对光信号进行主动调制，使光电振荡环路内的多纵模建立固定的相位关系；分光器将主动调制后的光信号分为第一路光信号和第二路光信号，通过第一光纤环将第一路光信号传输至第一光电探测器，通过第二光纤环将第二路光信号传输至第二光电探测器；第一光电探测器将第一路光信号转换为第一路电信号，第二光电探测器将第二路光信号转换为第二路电信号，耦合器将第一路电信号和第二路电信号耦合相加并输出至放大器进行信号放大；滤波器对放大后的信号进行选频，功分器将选频后的信号分为微波频率梳信号和环路正反馈信号，并将环路正反馈信号输入至驱动器形成环路稳定振荡。本发明通过将信号发生器和调制器集成至主动锁模模块中，调制器能够将信号发生器生成的主动调制信号耦合至光电振荡环路中对光信号进行主动调制，使光电振荡环路内的多纵模建立固定的相位关系，从而实现主动锁模，即本发明不需要插入额外的光强度调制器或电耦合器来注入主动调制信号，而是使用半导体直接调制技术，省去了大体积、价格贵的外调制器，进而降低了主动锁模光电振荡器的复杂度和成本。同时，本发明通过设置分光器实现了双路光传输环路，第一光纤环所在的短光纤环路能够扩大模式间隔，减小对滤波器的通带范围要求，第二光纤环所在的长光纤环路能够提供高品质因数储能，显著提高输出信号的相位噪声性能，进而提高了输出的微波频率梳信号的精度。

技术特征：

1.一种直调式主动锁模光电振荡器，其特征在于，包括驱动器、半导体激光器、主动锁模模块、分光器、第一光纤环、第一光电探测器、第二光纤环、第二光电探测器、耦合器、放大器、滤波器、功分器，形成光电振荡环路，其中：

2.根据权利要求1所述的直调式主动锁模光电振荡器，其特征在于，所述主动调制信号的频率与信号源在所述光电振荡环路中循环一圈的时间满足公式：

3.根据权利要求1所述的直调式主动锁模光电振荡器，其特征在于，所述半导体激光器的工作电流偏置在ith+(imax-ith)/2处；

4.根据权利要求3所述的直调式主动锁模光电振荡器，其特征在于，所述半导体激光器的调制电流幅度小于或等于(imax-ith)/2。

5.根据权利要求1所述的直调式主动锁模光电振荡器，其特征在于，所述光电振荡环路的环路增益为：

6.根据权利要求1所述的直调式主动锁模光电振荡器，其特征在于，所述放大器的带宽范围为0.5～18ghz，所述放大器的增益为40db。

7.根据权利要求1所述的直调式主动锁模光电振荡器，其特征在于，所述调制器具体为马赫曾德尔调制器。

8.根据权利要求1所述的直调式主动锁模光电振荡器，其特征在于，所述滤波器的频段为1～6000mhz。

技术总结本发明属于微波光子学技术领域，公开了一种直调式主动锁模光电振荡器，通过将信号发生器和调制器集成至主动锁模模块中，调制器能够将信号发生器生成的主动调制信号耦合至光电振荡环路中对光信号进行主动调制，使光电振荡环路内的多纵模建立固定的相位关系，从而实现主动锁模，不需要插入额外的光强度调制器或电耦合器来注入主动调制信号，省去了大体积、价格贵的外调制器，进而降低了主动锁模光电振荡器的复杂度和成本。同时，本发明通过设置分光器实现了双路光传输环路，第二光纤环所在的长光纤环路能够提供高品质因数储能，显著提高输出信号的相位噪声性能，进而提高了输出的微波频率梳信号的精度。技术研发人员：肖经,薛炜,张宇,胡思奇,康殿煜,刘东明,胡海涛受保护的技术使用者：桂林电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14