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[摘 要]光电振荡器作为一种新型的微波信号发生器，在未来一体化电子系统中具有广泛的应用前景。本文通过基于铌酸锂电光调制器和YIG可调射频滤波器相结合的方法实现光电振荡，通过在环路中插入YIG 电可调谐滤波器，实现可调谐微波信号输出，试验结果表明，调谐范围能够达到8-12GHz。
[关键词]光电振荡器 可调谐 低相位噪声 YIG滤波器
中图分类号：TN752 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0187-01
一、引言
伴随着电子技术的不断进步，未来微波雷达将向多功能一体化方向发展[1]，兼具预警探测、电子对抗、微波通讯和导航等功能，需要雷达不断拓展工作频带宽度，具有多频段工作能力，工作带宽覆盖所有功能需要，其中，具有宽调谐范围、低相位噪声的频率源是的亟需突破的关键技术之一。
多功能一体化雷达系统对频率源的输出带宽、频谱纯度和相位噪声等都提出了极高的要求。傳统的频率合成方法已难以满足倍频程带宽、高频率分辨率、低杂散低相噪的要求[2-3]。传统的介质振荡器在低噪声、高谱纯度或可调谐方面表现往往不尽如人意，石英可以获得品质因素（Q值）很高的稳定晶振，却不能直接得到高频信号。
在本文中，采用铌酸锂电光调制器和YIG可调谐射频滤波器相结合的方式实现高品质微波信号的输出，通过调节YIG 电滤波器的工作电压，实现微波信号的调谐，并系统地开展相位噪声及调谐特性方面的研究。
二、工作原理
光电振荡器在形成振荡的过程中，由于环路的反馈作用，只有信号幅度和相位满足一定条件的振荡频率才能形成振荡并输出微波信号[4]。环路中信号的单程增益需要大于单程损耗，维持自激振荡的第一个条件是在所有的起振模式中，只有与基波信号的相位差为2π的整数倍的模式才能起振，环路中的调制器和滤波器只让满足频率响应条件的模式起振，并抑制其它模式的起振[5]。
自由光谱范围即振荡模式间隔是由光环形腔的长度决定，与光在环路的光程有关，随着光纤长度的增加，波模数量也会增加，波摸之间的模式间隔就会变小，因此也增加实现单模振荡的难度[6]。
三、实验装置
光电振荡器的基本结构如图1 所示，它由DFB激光器、铌酸锂电光调制器、光学储能单元（长光纤）、光电探测器、带通滤波器、微波放大器、移相器和微波耦合器等组成反馈回路。光纤等光学储能单元内损耗不随微波频率改变而变化，光电振荡器输出信号的性能不会随着频率升高而恶化。
四、结果与讨论
在光电振荡器中插入YIG电可调谐射频滤波器，通过改变光电振荡器系统中的YIG可调滤波器的工作电压，可以实现信号中心频率宽范围动态调节，理论上可以实现连续调节，但是由于电源控制精度有限和YIG电可调滤波器的稳定性限制，调节精度应该可以控制在50MHz以内，采用了高精度可调电压源，对YIG工作电压进行精度为0.01V的调节，输出频率控制在8—12GHz。经YIG电可调谐射频滤波器后的电信号，另一端通过线缆连接频谱仪，即可观测光电振荡器产生的射频信号特性。
实验中测得的光电振荡器产生的微波信号如图2所示，其中心频率约为14.73 GHz[7]。图3为通过调节YIG滤波器工作电压产生的8GHz到12GHz的微波信号，说明通过滤波器有效地选出了回路振荡模式，实现光电振荡器频率的大范围可调谐。
五、总结
采用基于铌酸锂电光调制器和YIG可调射频滤波器的光电振荡器方案实现了微波频率可调谐的光电振荡器，调谐范围可达8-12GHz，该方案的优点是输出的中心频率性能稳定，受温度和外界环境影响较小，预计不久的未来，光电振荡器技术将在多功能一体化雷达系统中获得广阔的应用前景。
参考文献
[1] X. Steve Yao and Lute Maleki “Optoelectronic microwave oscillator”J. Opt. Soc. Am. B，1996，13（8）： 1725-1735
[2] X. S. Yao， L. Maleki. “Optoelectronic oscillator for photonic systems’’， IEEE J.Quantum Electron.， 1996， 32（7）： 1141-1149
[3]江阳，于晋龙，胡林等.光电振荡器的性能及应用[J].激光与光电学进展，2008，45（10）： 39-45.
[4] X. Steve Yao and Lute Maleki. “Converting light into spectrally pure microwave oscillation”， Optics Letters， 1996，21（7）： 483-485.
[5] Lute Maleki， X. Steve Yao. “A New Class of Opto-Electronic Oscillators （0E0） for Microwave Signal Generation and Processing， SPIE， 1996，28（44）： 9-14.
[6] T. Berceli， T. Banky and B. Horvath. “Optoelectronic generation of stable and low noise microwave signals，，，Optoelectronics， IEEE Proc.，June 2006，153（3）：119-127.
[7] Enrico Rubiola， Ertan Salik， Huang Shouhua，et al. “Photonic-delay technique for phase-noise measurement of microwave oscillators”， JOSA B，2005，22（5）：987-997.
[关键词]光电振荡器 可调谐 低相位噪声 YIG滤波器
中图分类号：TN752 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0187-01
一、引言
伴随着电子技术的不断进步，未来微波雷达将向多功能一体化方向发展[1]，兼具预警探测、电子对抗、微波通讯和导航等功能，需要雷达不断拓展工作频带宽度，具有多频段工作能力，工作带宽覆盖所有功能需要，其中，具有宽调谐范围、低相位噪声的频率源是的亟需突破的关键技术之一。
多功能一体化雷达系统对频率源的输出带宽、频谱纯度和相位噪声等都提出了极高的要求。傳统的频率合成方法已难以满足倍频程带宽、高频率分辨率、低杂散低相噪的要求[2-3]。传统的介质振荡器在低噪声、高谱纯度或可调谐方面表现往往不尽如人意，石英可以获得品质因素（Q值）很高的稳定晶振，却不能直接得到高频信号。
在本文中，采用铌酸锂电光调制器和YIG可调谐射频滤波器相结合的方式实现高品质微波信号的输出，通过调节YIG 电滤波器的工作电压，实现微波信号的调谐，并系统地开展相位噪声及调谐特性方面的研究。
二、工作原理
光电振荡器在形成振荡的过程中，由于环路的反馈作用，只有信号幅度和相位满足一定条件的振荡频率才能形成振荡并输出微波信号[4]。环路中信号的单程增益需要大于单程损耗，维持自激振荡的第一个条件是在所有的起振模式中，只有与基波信号的相位差为2π的整数倍的模式才能起振，环路中的调制器和滤波器只让满足频率响应条件的模式起振，并抑制其它模式的起振[5]。
自由光谱范围即振荡模式间隔是由光环形腔的长度决定，与光在环路的光程有关，随着光纤长度的增加，波模数量也会增加，波摸之间的模式间隔就会变小，因此也增加实现单模振荡的难度[6]。
三、实验装置
光电振荡器的基本结构如图1 所示，它由DFB激光器、铌酸锂电光调制器、光学储能单元（长光纤）、光电探测器、带通滤波器、微波放大器、移相器和微波耦合器等组成反馈回路。光纤等光学储能单元内损耗不随微波频率改变而变化，光电振荡器输出信号的性能不会随着频率升高而恶化。
四、结果与讨论
在光电振荡器中插入YIG电可调谐射频滤波器，通过改变光电振荡器系统中的YIG可调滤波器的工作电压，可以实现信号中心频率宽范围动态调节，理论上可以实现连续调节，但是由于电源控制精度有限和YIG电可调滤波器的稳定性限制，调节精度应该可以控制在50MHz以内，采用了高精度可调电压源，对YIG工作电压进行精度为0.01V的调节，输出频率控制在8—12GHz。经YIG电可调谐射频滤波器后的电信号，另一端通过线缆连接频谱仪，即可观测光电振荡器产生的射频信号特性。
实验中测得的光电振荡器产生的微波信号如图2所示，其中心频率约为14.73 GHz[7]。图3为通过调节YIG滤波器工作电压产生的8GHz到12GHz的微波信号，说明通过滤波器有效地选出了回路振荡模式，实现光电振荡器频率的大范围可调谐。
五、总结
采用基于铌酸锂电光调制器和YIG可调射频滤波器的光电振荡器方案实现了微波频率可调谐的光电振荡器，调谐范围可达8-12GHz，该方案的优点是输出的中心频率性能稳定，受温度和外界环境影响较小，预计不久的未来，光电振荡器技术将在多功能一体化雷达系统中获得广阔的应用前景。
参考文献
[1] X. Steve Yao and Lute Maleki “Optoelectronic microwave oscillator”J. Opt. Soc. Am. B，1996，13（8）： 1725-1735
[2] X. S. Yao， L. Maleki. “Optoelectronic oscillator for photonic systems’’， IEEE J.Quantum Electron.， 1996， 32（7）： 1141-1149
[3]江阳，于晋龙，胡林等.光电振荡器的性能及应用[J].激光与光电学进展，2008，45（10）： 39-45.
[4] X. Steve Yao and Lute Maleki. “Converting light into spectrally pure microwave oscillation”， Optics Letters， 1996，21（7）： 483-485.
[5] Lute Maleki， X. Steve Yao. “A New Class of Opto-Electronic Oscillators （0E0） for Microwave Signal Generation and Processing， SPIE， 1996，28（44）： 9-14.
[6] T. Berceli， T. Banky and B. Horvath. “Optoelectronic generation of stable and low noise microwave signals，，，Optoelectronics， IEEE Proc.，June 2006，153（3）：119-127.
[7] Enrico Rubiola， Ertan Salik， Huang Shouhua，et al. “Photonic-delay technique for phase-noise measurement of microwave oscillators”， JOSA B，2005，22（5）：987-997.