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。     

光电振荡器的相位噪声特性

与传统的微波振荡器相比,光电振荡器利用光纤储能,能够产生低相位噪声的微波信号.论述了光电振荡器的特点、基本结构和工作原理,推导了相位噪声的表达式,对其特性进行了理论研究,并构建了光电振荡器的实验.理论分析表明,光纤延时、激光器的相对强度噪声以及微波放大器的噪声系数会影响光电振荡器的相位噪声,为减小相位噪声提供了理论依据.实验测量了3种光纤延时下的相位噪声,并与理论分析的结果进行了对比,证明了理论分析的正确性.     

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.     

次谐波调制下光注入DFB-LD结构的可调谐光电振荡器

为实现具有高频谱纯度、低相位噪声的宽带可调谐微波信号生成,提出并通过实验验证了一种次谐波信号调制下光注入半导体激光器结构的光电振荡器,其原理为通过利用光注入半导体激光器的单周期（P1）振荡工作状态和波长选择放大特性实现可调微波信号生成,并进一步通过在光电振荡环路中引入次谐波信号调制对系统生成微波信号的频率稳定性、边模抑制比与频谱纯度进行优化。实验结果表明,文中方案提出的光电振荡器可以生成输出功率大于5 dBm,频率调谐范围为12~18 GHz的微波信号。同时,系统生成的微波信号的3 dB带宽为100 kHz,边模抑制比可达 51 dB,且信号在频偏量为100 Hz和10 kHz处的相位噪声分别为?78 dBc/Hz和?109 dBc/Hz。此外,光电振荡器生成微波信号的频率调谐范围只受系统中使用的各类光电器件工作带宽的限制,通过采用具有更大带宽的光电器件可以实现更高频率的微波信号生成。     

基于相位调制等效展宽激光线宽的极低相噪光电振荡器

光电振荡器是一种采用光电结合方式的新型微波频率源,其利用光学长时储能,可以实现极低相位噪声的信号输出。文章研究了光纤中散射噪声对光电振荡器相位噪声的影响,重点介绍了基于相位调制等效展宽激光线宽,抑制布里渊散射噪声架构,通过理论公式推导以及实验验证,表明了上述架构可极大改善光电振荡器的相位噪声。实验中采用调制频率为50 MHz、调制幅度为3.1的相位调制信号对激光线宽进行等效展宽,得到在10 GHz频率下为-157.3 dBc/Hz@10 kHz的极低相位噪声信号输出。     

K波段高稳光电振荡器

介绍了一种具有高稳定性、高谱纯度、低相位噪声的双环路光电振荡器(OEO)。理论上分析了光电振荡器的基本原理,采用光域双环路的方案有效地实现了边模抑制,通过检测输出信号频率的变化来控制光纤环路的长度,从而得到了高质量的20GHz微波信号,其频谱纯度高,线宽小于1Hz,相位噪声在10kHz时为-112dBc/Hz,而且在4h观测时间内,频率的稳定性小于10-10。     

频谱仪快速测定窄线宽激光器线宽

针对传统光谱仪和F-P 干涉仪分辨率不能满足窄线宽激光器线宽的测量要求, 基于延时自外差法搭建测试平台.设置频谱分析仪分辨率参数抑制噪声实验, 通过使用20 km 延时光纤、80 MHz声光移频器和50:50 光纤耦合器, 通过光电探测器实现光电转换并利用频谱分析仪分析测试信号.对频谱分析仪分辨带宽RBW 和视觉带宽VBW 以及扫频范围(Scan Range)进行优化设置, 在不降低测试灵敏度的情况下, 将重叠信号分辨开, 使其不会过多滤掉高频成分而失真并对线宽功率谱峰值进行洛伦兹曲线拟合.最后得到了1 550 nm 波长可调谐光纤激光器(1 520~1 570 nm)的线宽值约为161 kHz, 为频谱仪的参数优化设置及窄线宽激光器线宽标定提供了相关参考.     

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。     

基于光电振荡器的光脉冲和电微波信号发生器

设计了一种基于相位调制器的用于产生光脉冲和电微波信号的光电振荡器。该方案采用直调激光器配合相位调制器产生大啁啾并由DCF压窄输出光脉冲。利用偏振分束器和合束器在不增加有源器件的基础上形成双环路结构抑制微波信号的边模。该系统可以产生9.8 GHz的重复频率,脉宽小于 12 ps的光脉冲同时输出该频率的电微波信号。测得相位噪声为-105 dBc/Hz@10 kHz,Q值大于10¹⁰。     

基于延时自零差光相干接收机的激光器相位噪声测试系统

在相干光通信系统中,激光器相位噪声是影响接收机灵敏度的重要因素。针对相干光通信中的激光光源相位噪声测试提出并研究了表征激光器相位噪声的3个关键指标,分别是电场的功率谱密度、相位误差方差和FM噪声谱线,建立了基于延时自零差相干接收技术的窄线宽激光器相位噪声测试系统,实现了系统仿真,并对一窄线宽激光器进行了相位噪声测试,相比传统的自外差线宽测量技术,此方法在满足测试分辨率要求的同时能够更全面表征激光器相位噪声特性。     

RF Amplitude and Phase-Noise Reduction of an Optical Link and an Opto-Electronic Oscillator

In this paper we examine the optical sources of noise that degrade high-performance microwave photonic links. In particular, we study the residual phase noise due to laser frequency fluctuations and the detector nonlinearity on microwave signals transmitted on an optical fiber, or generated in the opto-electronic oscillator (OEO). Based on experimental findings, we identify a significant reduction of the relative intensity noise of the laser if the received optical power saturates the photodiode. Furthermore, we suggest the use of a semiconductor optical amplifier in saturation as yet another means to reduce the phase noise induced by laser intensity fluctuations. We also identify the use of multiple photodetectors to reduce the influence of associated 1/f noise, which adds to the phase noise of a transmitted microwave signal, and is the ultimate limitation to the phase noise of the high-performance OEO. Reduction of noise that is due to optical interferences is also addressed.     

Optoelectronic oscillator for photonic systems

We describe a novel photonic oscillator that converts continuous-light energy into stable and spectrally pure microwave signals. This optoelectronic oscillator (OEO) consists of a pump laser and a feedback circuit including an intensity modulator, an optical-fiber delay line, a photodetector an amplifier, and a filter. We present the results of a quasi-linear theory for describing the properties of the oscillator and their experimental verifications. Our findings indicate that the OEO can generate ultrastable, spectrally pure microwave-reference signals up to 75 GHz with a phase noise lower than -140 dBc/Hz at 10 KHz. We show that the OEO is a special voltage-controlled oscillator with an optical-output port and can be synchronized to a reference source by means of optical injection locking, electrical injection locking, and a phase-locked loop. Other OEO applications include high-frequency reference regeneration and distribution, high-gain frequency multiplication, comb frequency and pulse generation, carrier recovery, and clock recovery     

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.     

零偏置光电振荡器相位噪声的讨论与分析

光电振荡器(OEO)可以产生低相位噪声的微波信号。在OEO中,MZ调制器(MZM)可以偏置于正交工作点使基频信号的损耗最低,也可以工作于零偏置点从而得到倍频信号。在MZM零偏置的OEO中,利用电分频器将倍频信号分频得到基频信号,从而构建环路振荡器。本文对这2种OEO(MZM正交偏置和MZM零偏置)的相位噪声进行了理论分析。由理论分析可知,MZM零偏置OEO的相位噪声优于MZM正交偏置OEO。根据仿真结果,可以发现MZM零偏置OEO的相位噪声噪底比MZM正交偏置OEO的相位噪声低3 dB。另外,MZM零偏置OEO的振荡模式间隔并不会受到电分频器的影响。     

基于光电振荡器的低相噪光生微波技术及其应用北大核心CSCD

光电振荡器通过自振荡产生超低相位噪声微波信号,具有光、电两种输出,有望从源头突破现有雷达、电子战等射频系统性能瓶颈。文章介绍了光电振荡器的基本结构和理论模型,回顾了光电振荡器相位噪声、边模抑制比、工作频率、稳定度和小型化等关键性能提升的研究进展,并讨论了光电振荡器的功能拓展及光电振荡器在雷达等领域的应用。     

An optoelectronic oscillator based on dual-lasers

A novel optoelectronic oscillator （OEO） based on dual-lasers is demonstrated in this paper. The oscillator takes advantage of the dual optical fiber loops with different mode separations, which induces the gain competition and leads to high sidemode suppressed ratio （SMSR）. Besides, the OEO can also suppress the random interference and the beating noise when single laser source is used. Finally, the results are as follows： the operating frequency is 4.998 GHz, the phase noise is 113 dBc/Hz at 10 kHz, the SMSR is more than 60 dB, and the time jitter is 289 fs.     

A tunable optoelectronic oscillator based on a tunable microwave attenuator

A novel realization of a wideband tunable optoelectronic oscillator (OEO) based on dual-port electrode Mach–Zehnder modulator (DMZM), a tunable microwave attenuator (TMA), and a chirped fiber Bragg grating (CFBG) is proposed and demonstrated. By simply adjusting the power ratio between the two arms of DMZM, the chirp of the DMZM will be tuned, and the center frequency of the microwave photonic filter will be tuned. When the OEO loop in the proposed system is closed, the output frequency of OEO is determined by the microwave photonic filter, and a high spectral purity microwave signal with a tunable frequency from 5.8 to 11 GHz is generated. The single sideband (SSB) phase noise of the generated signal could reach −107.4 dBc/Hz at an offset frequency of 10 kHz.