高压放大器在基于高Q微环谐振腔OEO的系统测试中的应用

实验名称：基于高Q微环谐振腔OEO的系统测试分析

测试设备：高压放大器、示波器、可调谐激光器、频谱分析仪、光电耦合器、光电探测器等。

实验过程：

图1：加入锁频电路的光纤环腔OEO结构图

设计了针对高Q光纤环形腔光电振荡器(OEO)的锁频电路，其结构示意图如图1所示。锁频电路的原理为：通过激光器产生波长为1550nm的光波，之后该光波进入相位调制器进行相位调制，然后经过高Q光纤环形腔注入到光电探测器中进行光电转换；随后将输出的信号注入到锁频模块进行信号解调。最后通过高压放大器反馈到激光器的频率控制端。通过控制压电陶瓷来改变激光器的输出频率，使其能够时刻跟随高Q微环腔的谐振频率变化。这样通过反馈调节锁定激光器的输出光频率，使光子在通过光纤环腔时始终处于谐振状态，然后将其作为OEO的延时储能单元，形成反馈回路。

加入锁频系统后OEO系统工作过程为：激光器发出的光经过强度调制器调制后，进入相位调制器，将调制后的光信号通过掺铒光纤放大器进行放大，然后依次进入光纤环谐振腔，一路进入锁频模块，经过高压放大器把信号反馈回激光器，使输出光频率被锁定在光纤环谐振腔的谐振点上。另一路进入光电探测器，随后通过射频放大器，光电耦合器，回到强度调制器的调制端口，构成OEO振荡器回路。

图2：锁频OEO系统频谱图

对光电振荡器(OEO)环路中各光电器件如微波放大器、光电探测器、锁频电路模块上电后，调节激光器光强即光功率大小，使光电振荡器(OEO)系统发生起振。同时通过锁频电路对光学微腔进行锁频，当系统达到平衡状态能够稳定振荡时，振荡峰位于10.4GHz处，如图2所示。

实验结果：

图3：左图为锁频电路未作用时相位噪声图，右图为锁频电路作用时系统相位噪声图

在频谱仪频率范围为9.6GHz~11.3GHz，中心频率10.4GHz处、实现了单模振荡，分别测量锁频电路作用前后OEO系统的相位噪声。如上图3图3所示。在偏离偏移频率为10kHz处，单边带相位噪声为分别为-71.34dBc/Hz和-91.35dBc/Hz。可以看出锁频电路的引入将相位噪声降低了约20dBc。

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审核编辑 黄宇