[发明专利]自注入锁定锁相环光电振荡器

说明书

技术领域

本发明是基于美国专利申请US13/760,767，申请日是2013年2月6日，并且基于申请日为2012年12月28日的美国临时专利申请US61/746,919的发明创造，上述专利申请公开的内容作为本申请的参考。

背景技术

本发明公开内容涉及一种用于控制光电振荡器(“OEO”)的系统和方法。在优选的实施方案中，光电振荡器能够产生重复的电子正弦波或任意波和/或连续的电调制波或脉冲光信号。

光电振荡器是光学和电子的混合装置，在射频和微波频率下，通过光调制来产生用于输出的振荡的电信号，与传统的射频和微波信号源的比较，可以表现出窄光谱线宽和超低相位噪声。光学谐振器本质上可以支持光的共振模式的变化，该模式称被为回音壁模式(WGMs)，因此许多振荡模式可以在光电振荡器中维持很长时间，主动再生反馈回路的增益补偿且超过了环路损耗。

一般来说，除了电源直流(DC)功率形式的能量外，光电振荡器从光源处，如激光器，获得泵浦持续功率。能量通过滤波机构被转化成射频(RF)和微波信号。在相同的延迟时间下，与传统的电子延迟元件相比，光电振荡器通常表现出低损耗、低温度敏感性的特点，并且能够以相对较小的尺寸实现。与电子振荡器相比，无论是从短期还是长期来说，这些优点通常使得光电振荡器拥有高的品质因数和更好的稳定性。

光电振荡器通常使用调制器，如光调制器，将来自激光器的持续的光能量转换成稳定调制的、频谱纯净的光信号(例如，射频信号、微波信号)。从激光器发出的能量经过调制器，然后回馈到自身。首先，光信号需要传输通过延迟线(例如，光纤电缆)。穿过延迟线的光信号被光电探测器探测并转换成电信号。光电探测器输出的电信号在一个闭环中被放大、滤波并且反馈回调制器。在满足馈送到调制器的电反馈信号满足它自身在振幅和相位上的一些振荡条件的情况下，这种构造能够支持自持续振荡。光电振荡器输出的频率受控于一些因素，例如，光纤延迟长度、调制器的工作条件和用来过滤振荡信号的滤波器的带通特性。

维持任何振荡器中的纯正弦振荡信号的一个重要方面是从周围来源中过滤持续信号，持续信号来自于促进近端载波相位噪声的周围来源。相位噪声的减少可以通过多种方法实现。

一些光电振荡器通过用注入锁定(IL)强制振荡的方式来减少相位噪声。在注入锁定振荡器中，稳定的主振荡器将不太稳定的从属振荡器拉到主振荡器的谐振频率中，谐振频率包含在被称为频率锁定范围的频率失谐范围内。将从属振荡器的频率拉到主振荡器的频率中会在频率锁定范围内减少从属振荡器频率的波动，从而也在频率锁定范围内减少了从属振荡器的相位噪声。

其他一些光电振荡器利用锁相环来减少相位噪声。在锁相环振荡器中，参考信号(例如，来自光电振荡器的主信号)的相位被相位比较器用于与振荡信号的相位进行比较。每一个参考信号和振荡器信号的相位差值被用来产生一个相位误差输出，提供给可变信号用来修正从属振荡器的相位和/或频率的偏差。

众所周知，相位噪声的降低有助于提高品质因数和增加振荡器的稳定性，但这些优点本身独自不能提供一个足够稳定的信号以满足当前和未来技术上的某些振荡器的需求。例如，蜂窝式系统(如，宽带MIMO、UWB、4G LTE等)，需要将不断增加的数据量增加到一个有限的带宽中，以至于随时间推移而变得更加拥挤。为了使数据增加进入这样的带宽，优选的是，将数据传输的频率保持在尽可能较窄的带宽。此外，优选的是，数据传输的频率被尽可能精确的锁定，且不必要的频率和相位偏移保持到最小值。

无论是IL还是PLL的噪声衰减，都不能得到足够稳定的信号来满足持续增长的需求，以适应越来越多的增加数据通过限定的带宽。因此，光电振荡器就需要进一步的提高品质因数、进一步减少相位噪声以及(作为目的)增加稳定性。

发明内容