光電振蕩器穩(wěn)定性的研究.pdf

1、微波振蕩器廣泛地應(yīng)用于雷達(dá)、通信和測(cè)量?jī)x器等領(lǐng)域，其性能直接影響電子系統(tǒng)的整體性能。光電振蕩器(Opto-Electronic Oscillator, OEO)是一種結(jié)合傳統(tǒng)的微波技術(shù)與光子技術(shù)的新型振蕩器，能夠在微波以上頻段產(chǎn)生超低相位噪聲振蕩信號(hào)，從而受到廣泛的關(guān)注。與晶振倍頻源和介質(zhì)振蕩器等傳統(tǒng)微波振蕩器相比，OEO克服了傳統(tǒng)微波振蕩器的相位噪聲隨頻率升高而顯著升高的缺點(diǎn)，其振蕩信號(hào)的超低相噪特性可以在微波、毫米波甚至更高頻率下得

2、到保持。此外，OEO還具有電、光兩種信號(hào)同時(shí)輸出的特點(diǎn)，能夠方便應(yīng)用于各種光通信系統(tǒng)與微波光子系統(tǒng)。然而超低相噪OEO的頻率穩(wěn)定性是影響振蕩器實(shí)用化的關(guān)鍵因素，因此研究OEO的頻率穩(wěn)定性具有非常重要的意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)OEO進(jìn)行了理論研究，用準(zhǔn)線性理論建立了OEO的主要性能參數(shù)與器件參數(shù)之間的關(guān)系。⑵研究了基于參考源注入鎖定的OEO。建立了注入鎖定OEO的相位噪聲的理論模型，得到鎖定帶寬與注入信號(hào)功率、注入信號(hào)相

3、噪、振蕩信號(hào)功率的關(guān)系，以及相噪與OEO參數(shù)的關(guān)系。對(duì)該OEO進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)注入鎖定能夠顯著地提高邊模抑制比;在恒溫條件下(±0.01℃)，測(cè)得邊模抑制比大于80dB，相位噪聲為-78.8dBc/Hz@100Hz和-124.1dBc/Hz@1kHz，阿倫偏差為1.32×10-11@0.1s、1.37×10-11@1s、3.12×10-11@10s、8.1×10-11@100s和1.1×10-10@1000s。與單環(huán)自由振蕩OEO的

4、性能參數(shù)相比，注入鎖定型OEO的邊模抑制比提高了53.2dB，近載頻相噪和頻率穩(wěn)定度有所改善。⑶研究了基于鎖相環(huán)控制的OEO，進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。該結(jié)構(gòu)的OEO能夠彌補(bǔ)注入鎖定型OEO存在鎖定帶寬較窄的固有缺點(diǎn)。對(duì)該結(jié)構(gòu)的OEO進(jìn)行了性能測(cè)試，測(cè)得邊模抑制比大于27.1dB，相位噪聲分別為-80.3dBc/Hz@100 Hz和-124.2 dBc/Hz@1 kHz，阿倫偏差分別為1.53×10-11@0.1s、1.65×10-11

5、@1s、2.11×10-11@10s、2.32×10-11@100s和2.51×10-11@1000s。與自由振蕩OEO的性能相比，基于鎖相環(huán)控制的OEO具有改善近載頻相噪的優(yōu)勢(shì)。與注入鎖定型OEO的性能相比，基于鎖相環(huán)控制的OEO不需要那么高精度進(jìn)行恒溫控制，并且有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，但它的邊模抑制比惡化大于52.9dB。⑷提出了注入鎖相OEO的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能夠解決注入鎖定型OEO的鎖定帶寬過窄和基于鎖相環(huán)控制的OEO邊模抑制比不理想的