一种倍频太赫兹光电振荡器装置及其振荡方法与流程

本申请涉及微波光子学，尤其涉及一种倍频太赫兹光电振荡器装置及其振荡方法。

背景技术：

1、太赫兹是频段为0.1~10thz的电磁波，它位于光学频率和微波频率的中间范围，兼具有光波和微波的特点，在高速无线通信、雷达和高灵敏度传感等众多领域有着重要的应用前景。与相关的电学倍频方式相比，光生太赫兹方式具有频率高、带宽大等优势，成为了当前科学家们积极探索太赫兹源产生的方式。

2、在现有光生成太赫兹的方法中，通常通过光电振荡器、多波长输出激光器、双独立激光器、光频梳或者主从激光器注入锁定等方式，产生两路不同波长的激光信号，再经单行载流子光电探测器进行光电转换后获得太赫兹源。其中，由光电振荡器输出微波信号具有高光谱纯度、超低相位噪声、高边模抑制比的优点，并且在可调谐性、频率稳定性等方面存在优势。

3、然而在实际应用中，受限于光电振荡器中的光电调制器和带通滤波器等微波器件的工作频率，光电振荡器输出的微波频率难以达到百ghz。为解决上述问题，本申请提供一种倍频太赫兹光电振荡器装置及其振荡方法。

技术实现思路

1、本申请提供一种倍频太赫兹光电振荡器装置及其振荡方法，以部分的解决现有技术存在的上述问题。

2、本申请采用下述技术方案：

3、本申请提供了一种倍频太赫兹光电振荡器装置，包括：第一激光器、电光调制器、光隔离器、高非线性光纤、光环形器、第一偏振控制器、第二激光器、第一光纤分束器、边模抑制结构、单行载流子光电二极管、第三激光器、光纤耦合器、光电探测器、窄带微波滤波器和微波放大器；

4、其中，所述第一激光器依次通过所述电光调制器、所述光隔离器、所述高非线性光纤与所述光环形器的第二端口连接，所述第二激光器通过所述第一偏振控制器与所述光环形器的第一端口连接，所述光环形器的第三端口连接至所述第一光纤分束器，所述第一光纤分束器的一路进入所述单行载流子光电二极管实现光电转化，所述第一光纤分束器的另一路与所述边模抑制结构的输入端连接，所述边模抑制结构的输出端与所述第三激光器通过所述光纤耦合器合束后进入光电探测器进行光电转化，然后与所述窄带微波滤波器、所述微波放大器、所述电光调制器依次连接。

5、可选地，通过控制所述第一偏振控制器改变所述第二激光器输出的泵浦激光进入所述高非线性光纤的偏振状态，从而调节布里渊增益谱和布里渊散射增益值，所述布里渊增益作为倍频太赫兹光电振荡器装置的窄带可调谐滤波器。

6、可选地，所述单行载流子光电二极管输出的倍频振荡频率为n倍的所述光电探测器输出的频率，n为布里渊增益放大的载波激光信号调制边带的阶数。

7、可选地，所述光电探测器输出的频率位于所述窄带微波滤波器、所述微波放大器的工作带宽以及所述电光调制器的调制带宽内。

8、可选地，所述第一激光器、所述第二激光器及所述第三激光器均为c波段可调谐激光器。

9、可选地，所述第一激光器、所述第二激光器及所述第三激光器的输出功率至少为10 dbm；和/或

10、所述光电探测器输出的频率为fo，所述第一激光器、所述第二激光器及所述第三激光器输出的频率分别为f1、f2和f3，满足f1+(n-1)(f3- f1)/n位于所述第二激光器的布里渊增益谱内；其中(n-1)(f3- f1)/n=nfo。

11、可选地，所述光电探测器输出的频率来自于所述第一激光器输出的载波激光信号被调制后的第n阶边带和所述第三激光器输出的所述激光信号的拍频结果。

12、可选地，所述边模抑制结构包括偏振复用双环结构、不对称双环结构可由不对称多环结构、耦合双环结构、频分复用结构、pt对称破缺结构中的其中一种；

13、其中所述边模抑制结构包括第二光纤分束器、第一分束支路、第二分束支路和偏振合束器，所述第一分束支路包括依次连接的单模光纤和第二偏振控制器，所述第二分束支路包括第三偏振控制器；所述边模抑制结构通过游标效应实现所述倍频太赫兹光电振荡器装置的边模抑制和单模振荡。

14、可选地，所述电光调制器包括相位调制器。

15、本申请提供了一种基于上述倍频太赫兹光电振荡器装置的振荡方法，所述振荡方法包括：

16、所述第一激光器发射载波激光信号，入射到所述电光调制器被调制并产生高阶边带，之后经过所述光隔离器、所述高非线性光纤进入到所述光环形器的第二端口，所述第二激光器发射的泵浦光信号依次经过所述第一偏振控制器、所述光环形器的第一端口和第二端口进入所述高非线性光纤，并在所述高非线性光纤内产生反向的受激布里渊散射增益，所述载波激光信号的第n阶边带位于所述布里渊散射的增益带宽内并在所述高非线性光纤内被放大，再与所述载波光信号一起进入所述光环形器的第二端口并从第三端口输出，然后经过所述第一光纤分束器分为两路，一路通过所述单行载流子光电二极管将所述载波光信号和所述高阶边带进行光电转换输出太赫兹信号；另一路经过所述第二光纤分束器分束进入所述第一分束支路和所述第二分束支路内，分别通过调节控制两支路内所述的第二偏振控制器和第三偏振控制器的偏振状态，调节两路激光合束进入所述偏振耦合器的偏振和功率，经过所述偏振合束器合束后的光信号与所述第三激光器发射的激光信号在所述光纤耦合器合束后，以将激光信号和一起输入的所述载波光信号和所述n阶边带在所述光电探测器内进行光电转换，并转化为微波信号，所述微波信号依次经过所述窄带微波滤波器、所述微波放大器反馈至所述电光调制器，在所述电光调制器中对所述第一激光器发射的所述载波激光信号进行调制，从而形成闭环振荡。

17、本申请实施例的倍频太赫兹光电振荡器装置及其振荡方法，通过对第一激光器输出的载波信号进行微波调制，产生多阶边带载波信号，再对处于布里渊增益区n阶边带进行增益，得到带n倍拍频的载波信号，使得单行载流子光电二极管可以输出太赫兹信号。

技术特征：

1.一种倍频太赫兹光电振荡器装置，其特征在于，包括：第一激光器、电光调制器、光隔离器、高非线性光纤、光环形器、第一偏振控制器、第二激光器、第一光纤分束器、边模抑制结构、单行载流子光电二极管、第三激光器、光纤耦合器、光电探测器、窄带微波滤波器和微波放大器；

2.根据权利要求1所述的倍频太赫兹光电振荡器装置，其特征在于，通过控制所述第一偏振控制器改变所述第二激光器输出的泵浦激光进入所述高非线性光纤的偏振状态，从而调节布里渊增益谱和布里渊散射增益值，所述布里渊增益作为倍频太赫兹光电振荡器装置的窄带可调谐滤波器。

3.根据权利要求1或2所述的倍频太赫兹光电振荡器装置，其特征在于，所述单行载流子光电二极管输出的倍频振荡频率为n倍的所述光电探测器输出的频率，n为布里渊增益放大的载波激光信号调制边带的阶数。

4.根据权利要求1所述的倍频太赫兹光电振荡器装置，其特征在于，所述光电探测器输出的频率位于所述窄带微波滤波器、所述微波放大器的工作带宽以及所述电光调制器的调制带宽内。

5.根据权利要求1所述的倍频太赫兹光电振荡器装置，其特征在于，所述第一激光器、所述第二激光器及所述第三激光器均为c波段可调谐激光器。

6.根据权利要求5所述的倍频太赫兹光电振荡器装置，其特征在于，所述第一激光器、所述第二激光器及所述第三激光器的输出功率至少为10 dbm；和/或

7.根据权利要求1所述的倍频太赫兹光电振荡器装置，其特征在于，所述光电探测器输出的频率来自于所述第一激光器输出的载波激光信号被调制后的第n阶边带和所述第三激光器输出的所述激光信号的拍频结果。

8.根据权利要求1所述的倍频太赫兹光电振荡器装置，其特征在于，所述边模抑制结构包括偏振复用双环结构、不对称双环结构可由不对称多环结构、耦合双环结构、频分复用结构、pt对称破缺结构中的其中一种；

9.根据权利要求1所述的倍频太赫兹光电振荡器装置，其特征在于，所述电光调制器包括相位调制器。

10.一种如权利要求1至9中任一项所述的倍频太赫兹光电振荡器装置的振荡方法，其特征在于，所述振荡方法包括：

技术总结
本申请提供一种倍频太赫兹光电振荡器装置及其振荡方法。倍频太赫兹光电振荡器装置包括第一激光器、电光调制器、光隔离器、高非线性光纤、光环形器、第一偏振控制器、第二激光器、第一光纤分束器、边模抑制结构、单行载流子光电二极管、第三激光器、光纤耦合器、光电探测器、窄带微波滤波器和微波放大器，本申请采用辅助激光器与布里渊激光差频反馈的方式实现低频信号振荡，采用布里渊增益对载波激光信号高阶调制边带放大的方式，实现基频振荡信号的倍频输出。本发明利用较低工作频率的电光器件实现光电振荡器的低频振荡和倍频输出，从而实现低噪声高频微波信号、甚至太赫兹信号产生。

技术研发人员：黄雅莉,朱翔,余显斌
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16