耦合式光电振荡器的理论与实验研究

为了研究耦合式光电振荡器,阐述了耦合式光电振荡器的模式选择理论,给出了维持最佳锁模状态的相位匹配条件,分析了影响射频信号相位噪声的因素,进行了基于保偏机制的耦合式光电振荡器的实验研究。采用分别调节光环形腔和光电微波振荡环路中的保偏可变光纤延迟线可改变腔长的方法,获得了腔长与振荡频率的关系。同时,采用鉴频法测量了不同条件下5GHz射频信号的相位噪声,研究了影响射频信号相位噪声的因素。结果表明,耦合式光电振荡器的振荡模式取决于光环形腔的腔长,射频信号相位噪声受到光信号偏振态、相位匹配、环路长度等因素的影响。实验中获得了偏移频率10kHz处相位噪声达到-136dBc/Hz的5GHz射频信号,是目前国内已知的相位噪声最低的耦合式光电振荡器。     

微波超低相噪光电振荡器的实验研究

微波光子学将对未来雷达技术发展产生重要影响。微波光电振荡器是一种新颖的、有发展前途的高质量微波信号源,将是振荡器领域的革命性突破。分析了微波光电振荡器工作原理,结果表明,环路中各部件的低噪声、环路高增益和环路等效长时延是实现光电振荡器低相位噪声的有效技术路径。给出了一种双回路X波段低相位噪声光电振荡器的实验研究结果,与高性能电子频率合成器和国际先进光电振荡器进行了对比。对比结果表明,光电振荡器噪声基底较传统高性能电子频综器有极大的性能优势,而近载频相位噪声较传统高性能电子频综器的性能有待进一步提高,主要原因是光电器件的温度特性漂移较大。最后对未来的技术发展路径进行了讨论与展望。     

基于光纤环路的光电振荡器研究进展

随着微波通信技术的快速发展,相关领域对微波振荡源的性能提出了更高要求,包括无杂散大动态范围、相位噪声以及频率稳定性等指标。由于兼具光纤通信在速率、带宽以及抗电磁干扰等方面的优点和传统微波技术的成熟度优势,基于光纤环路的光电振荡器日益成为研究热点。因此,介绍基于光纤环路的光电振荡器基本模型以及各类改进结构,简要介绍近年来的研究进展,以期为今后国内该技术的进一步实用化研究提供参考。     

加性噪声对微波光电振荡器相位噪声的影响

微波光电振荡器是一种基于微波光子技术的高频微波信号发生装置,它能够产生超高频谱纯度及超低相位噪声的微波信号。研究了典型的微波光电振荡器相位噪声产生机理及相位噪声谱密度。从构成微波光电振荡器的核心器件出发,分析了开环状态下,微波光电振荡器中的加性噪声来源及其对相位噪声的影响。     

微波超低相噪光电振荡器

介绍了一种基于光纤收发系统的新型微波振荡器.这种光电振荡器由两个反馈光纤延时环组成,各环路中包括光纤、光电探测器、放大器、滤波器和功分器/合成器.光电振荡器具有超低相噪、频谱纯、工作频率高和稳定度高的特点,可广泛应用于微波系统和光纤通信系统.     

激光器对光电振荡器相位噪声的影响

为了改善光电振荡器相位噪声特性、提高光电振荡器性能,采用理论分析和实验验证的方法,研究了激光器线宽、光功率与光电振荡器相位噪声之间的关系.测试了激光器在功率相等、线宽不等情况下,光电振荡器所产生的微波信号的频谱特性和相位噪声特性;测试了给定线宽激光器在不等功率情况下,所产生的微波信号的相位噪声特性.结果表明,激光器线宽越窄、光功率越大,光电振荡器产生微波信号的频谱特性和相位噪声特性就越好;在频偏1kHz以外,相位噪声受激光器线宽影响较小,受光功率影响较大.这一结果对改善光电振荡器相位噪声有一定的帮助.     

基于单通带微波光子滤波的多倍频微波信号产生

理论分析和实验验证了一种多倍频微波信号的光学产生方法。基于大信号相位调制和单模光纤的色散效应产生多个多倍频谐波,通过引入一个中心频率连续可调的单通带微波光子滤波器,实现了对单个倍频微波信号的提取。调节宽带光源的谱分割间隔可实现倍频微波信号调谐输出。在理论分析的基础上搭建了实验系统,利用5GHz低频驱动信号得到了10GHz和15GHz的微波信号,其10dB线宽为几十赫兹,功率波动为1dB～2dB。     

微波光子振荡器及其理论分析

通过对双环微波光子振荡器（DMPO）的理论分析和研究，探讨了双环结构的优点和激光光源的相对强度噪声、光纤的长度以及振荡器的结构对MPO的相位噪声的影响。分析结果表明，MPO的相位噪声随着频偏的平方减小，并且与振荡频率无关；相对强度噪声越小，光纤越长，使得振荡器的相位噪声更小。分析结果可为MPO的实验研究提供理论依据。     

光电振荡器的原理及其实验研究

光电振荡器应用了光电混合的技术手段,通过光纤储能和延迟的方法可实现频率精度、稳定度、相位噪声都显著优于常规微波介质振荡器的一种新型振荡源.简要介绍了光电振荡器的基本原理和研究现状,并应用内调制激光器和长光纤环结构进行了实验研究,得到了相位噪声优于-112 dBc/Hz@10 kHz、线宽＜1 Hz的高性能微波信号输出.     

基于光纤环选频特性的双环结构光电振荡器

提出并验证了一种借助于光纤环的选频特性实现辅助滤波的光电振荡器,利用偏振分束器(PBS)和偏振合束器(PBC)构成的双环路结构抑制掉部分光电振荡器的边模,同时借助于光纤环的光学梳状频率特性,对振荡器环路中的光信号模式再次进行选择,既起到边模抑制的作用,又提高了光电振荡器谐振腔的Q值.仿真结果表明:采用光纤环辅助滤波有利于光电振荡器的边摸抑制和单模输出,在保证光电振荡器输出低相位噪声和高频谱纯度微波信号的情况下,边模抑制比超过160 dB,模式间隔达到370 MHz,降低了对电域带通滤波器的性能要求,是一种新的光电振荡器设计方案.     

基于单环光电振荡的宽带二倍频信号产生方法

提出了一种基于单环光电振荡器(OEO)的宽带二倍 频信号产生方法。将射频(RF)信号经过第1级马赫-增德尔调制器(MZM)调 制到光信号上,通过控制第1级MZM的偏置电压,使得其工作在最小传输点(MITP)上,产生的 －1阶和+1阶边 带信号通过第2级MZM注入到由单膜光纤(SMF)、光电检测器(PD)和电放大器(amplifier)组成 的光电振荡环腔中,光电检测后产 生二倍频信号,信号的频率稳定度由信号源的稳定度决定,信号的相位噪声由光电振荡环腔 决定。在实验结构简单 的条件下,有效实现了宽带二倍频信号产生。实验结果表明,当本文系统可以实现对C波段 和X波段信号二倍频,输出信号的相位噪声在10kHz偏移处均低于－102dBc/Hz。     

新型注入锁定光电振荡器高频率稳定性研究

为了深入研究光电振荡器(OEO)的单模振荡以及提 高频率稳定性,提出一种电注入锁定(OEO模型。从注入锁定理论出发,理论分析了此模 型对于提高稳定度和边模抑制的优越性,以及硬件 实验方案的可行性。实验结果表明,在电滤波器带宽60MHz的条件下 ,注入锁定方案实现了光纤长为2.776km的OEO单环单模 振荡,边模抑制比(SMSR)大于50d B,得到载波为10GHz,相位噪声为－100dBc/Hz@10kHz(注入源信号 的相位噪声－86dBc/Hz@10kHz);以注入源信号为参考,把锁定信 号与注入信号鉴相,通过阿伦方差计算,得到×10－13的短 期稳定度和×10－16的长期稳定度。     

基于串联耦合双循环延时线的可重构光电振荡器

针对光电振荡器(OEO)系统,设计了一种可实现滤波功能的串联耦合双循环延时线(SCDRDLs),并与放大自发辐射(ASE)宽带激光源、Mach-Zehnder调制器(MZM)、偏振分束器(PBS)相结合形成微波光子滤波器(MPF)。利用结构中ASE宽带激光源相干时间小于SC-DRDLs固有延时的特性,实现MPF的非相干性。同时SC-DRDLs的双循环延时线级联特性,决定系统具有大的自由频谱范围,再结合其双输出端口与PBS形成的双环结构,完成系统的高边摸抑制性能。理论分析和实验结果表明,本文系统能产生高频谱纯度、长期稳定性和低相位噪声的微波信号;通过改变SC-DRDLs的环长,可对MPF进行重构,进而调谐振荡频率。     

基于非线性色散补偿光栅的可调谐光电振荡器

为实现光电振荡器(OEO)输出频率的连续可调,提出一种新型的基于非线性色散补偿光栅(FBG)实现可调谐OEO方案。本文方案不需要电滤波器,且振荡频率随着光源的波长变化而变化。其中,三阶色散补偿FBG可以采用FBG重构算法设计。当光源波长从1 550.6nm变化到1 551.4nm时,相应的色散为340～1 460ps/nm,输出频率的调谐范围为6.5～13.5GHz,实现了振荡频率的大范围可调谐。     

DSRC系统中微波信号源相位噪声分析

在专用短程通信系统中采用M-PSK调制通信方式,以适应多种速率要求.给出了射频信道模型和微波数字锁相本振信号源的相位噪声模型,分析了微波本振信号源相位噪声的影响,仿真给出了相位噪声功率谱密度与系统误码率之间的关系.利用该结果,有助于无线通信系统的设计.     

基于法拉第旋转镜的相位可调光电振荡器

为了有效实现光电振荡器(OEO)输出信号相位可调 ,提出了一种基于法拉第旋转镜的OEO。利用放大器 和滤波器构成电增益环腔,电增益环腔、直接调制半导体激光器(DFB-LD)和光 电检测器构成OEO环路。通过光分路器 得到经过调制后的光信号,结合级联光环形器和法拉第旋转镜结构,改变级联法拉第旋转镜 的个数,可以对应得到 相位延迟90～360°的射频(RF)信号,在实验结构简单的条件下,有 效实现了OEO输出信号的相位调谐。实验结果表 明,每增加一组光环形器和法拉第旋转镜结构,输出的RF信号相位延迟90°。当光纤长为2km,电增益环腔长 为0.5m时,得到频率为10.8GHz、边模抑制比大于50dB和相位噪声为－104.8 dBc/Hz@10kHz的RF信号。     

Miniaturisation and high quality factor of spiral meander spurline resonator for microwave oscillator

The spiral meander spurline structure is an optimal solution for a reduced resonator size and a high Quality factor (Q-factor) compared to other conventional spurline structures. The spiral meander spurline resonator shows not only 38% reduced dimensional effect, but also 16% improved Q-factor compared with conventional meander spurline resonator. Moreover, in order to get more high quality factor, we analysed spurline slot width variation and designed the symmetric dual spiral meander structure, which has a 46.87% improved Q-factor compare with a single spiral meander. The symmetric dual spiral meander structure resonator performance results are shown in a return loss of ?0.76?dB, an insertion loss of ?46.32?dB, and a quality factor of 235 at 6.4?GHz C-band application. In addition, according to the design and performance of the resonator, we can derive from this performance a low phase noise oscillator. The oscillators using symmetric dual spiral meander structure resonator shows good phase noise performances of ?104.43?dBc/Hz at a 100?kHz offset from the carrier frequencies of 6.38?GHz at output powers of 12.2?dBm, respectively.     

基于载波相移系统的二倍频光电振荡器

为了扩展光电振荡器(OEO)的频率范围,设计了 一种基于载波相移系统的二倍频OEO(FD-OEO)。 系统采用相位调制器(PM)和Mach-Zehnder调制器(MZM)并联,构成载波相移系统,利用载 波相移双边带(CPS-DSB) 调制的方法产生二次谐波分量;同时利用啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)色散特性实现边带分 量与CPS补偿,维持 OEO环路中基频信号的振荡。实验结果显示,在OEO环路系统基频信号为2.23GHz情况下,产生了4.30 GHz的FD信号,且通过边模抑制性能、稳定性及相位噪声对系统性能进行了验证。     

基于Rb原子频标电注入锁定的高频稳低相噪光电振荡器

为了进一步改善光电振荡器(OEO)输出信号频 率的长期稳定度和相位噪声,提出了一种基于 Rb原子频标电注入锁定的单环OEO。将Rb原子钟产生的高频稳正弦信号注入到单环OEO,通过 注入信号与自由振荡信号的频率牵引,OEO获得单一振荡模式。实验发现,随着注入功 率的 增大,锁定带宽变大,锁定信号的相位噪声变差;随着注入功率的下降,锁定带宽变小,锁 定信号的相位噪声得 到改善,趋近于注入源信号的相位噪声。当光纤长取10km时,获得 了中心频率10GHz、边模抑制比大 于60dB、相位噪声的指标为－76dBc/Hz@100Hz和－108dBc/Hz@10kHz的输出信号,其输 出信号的长期稳定度和准确度得到改善。实验结果与理论分析一致。