引 言
 
光電振蕩器( optoelectronic oscillator，OEO) 作為新
［1］，
型的微波信號源 能夠產(chǎn)生高穩(wěn)定、低噪聲的微波
 
信號，因而備受關(guān)注。光電振蕩器產(chǎn)生的微波信號的頻譜純度、頻率穩(wěn)定度等特性直接決定了系統(tǒng)的性能。為了獲得較好的相位噪聲特性，通常會采用長光纖作為儲能介質(zhì)，以保證高 Q 值^［2］。但是光纖越長，模式
 
間隔就會越小，這就加大了濾波和邊模抑制的難度，而
 

［3］	。光學(xué)
且還會引起模式跳變等問題，導(dǎo)致頻率漂移

諧振腔的使用，也是提高光電振蕩器頻率穩(wěn)定度和相
［4-7］，
位噪聲的常用方法 但是此方法對諧振腔工藝水平
 
要求很高，目前還處于實驗研究階段。已知激光器的相對強度噪聲( relative intensity noise，ＲIN) 、放大器的熱噪聲以及光電探測器的散射噪聲是光電振蕩器系統(tǒng)中的主要噪聲，這些噪聲**終都會影響微波信號的相位噪聲。當(dāng)激光器抽運光功率較大時，相對強度噪聲是系統(tǒng)中的主要噪聲，所以降低激光器的 ＲIN 能夠有
［8-9］
 
效地改善光電振蕩器的相位噪聲水平 。有一種耦合雙環(huán)路光電振蕩器就是利用光纖激光器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的半導(dǎo)體激光器作為光源使用，可避免激光器自身相對強度噪聲給系統(tǒng)帶來的直接影響，一定程度地降低振蕩器系統(tǒng)的基底噪聲，可以改善振蕩器的相位噪
［10-11］ ， ，
聲 。但是抽運激光器的使用 依然會引入噪聲所以不能作為解決振蕩器相位噪聲問題的**終方案。
［12］，
 
另外有雙向注入雙環(huán)路結(jié)構(gòu)的光電振蕩器 此種結(jié)構(gòu)利用雙向注入鎖定來實現(xiàn)邊模抑制，進而降低相位噪聲，但缺點是使用器件較多、成本高、體積大。另外還有基于偏振分路器、合路器的雙環(huán)路結(jié)構(gòu)振蕩器，其可以避免振蕩頻率的隨機跳變和拍頻噪聲，有利于改

善相位噪聲

系統(tǒng)操作變得復(fù)雜而且受環(huán)境約束較大。除此之外，系統(tǒng)中微波放大器的使用會引入一定量熱噪聲，進而影響整個系統(tǒng)的噪聲水平特性。所以在選用微波器件時，應(yīng)盡量使用特性較好的微波器件，或者使用具有同等功能的光學(xué)器件代替微波器件，例如用光放大器代
 
［15］
替微波放大器 。
 
根據(jù)光電振蕩器理論，多環(huán)路結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)邊模抑制，有利于改善相位噪聲。不管采用何種結(jié)構(gòu)，光源的性能直接決定了振蕩器系統(tǒng)的整體相位噪聲特性。作者通過實驗研究不同線寬和功率的半導(dǎo)體激光器對振蕩器相位噪聲的影響，分別得到不同激光器特性條件下光電振蕩器產(chǎn)生的微波信號頻譜圖和相位噪聲圖，實驗表明，激光器線寬越窄、相對強度噪聲越小、光
 
功率越大，則振蕩器產(chǎn)生的微波信號的頻譜越純、相位噪聲越好。
 
1 理論分析
 
半導(dǎo)體激光器發(fā)射的光載波入射到調(diào)制器，調(diào)制器輸出后經(jīng)過光纖延遲線的傳輸，由探測器探測并轉(zhuǎn)換成微波信號。探測器輸出電信號，再經(jīng)過放大、濾波和再放大后分成兩路: 一路反饋到調(diào)制器的射頻( ra-dio frequency，ＲF) 調(diào)制端口，形成反饋回路不斷循環(huán)振蕩，而另外一路輸出，其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)由調(diào)制器偏壓、濾波器帶寬等因素決定的特定頻率微波信號的長久自激振蕩，并且可以同時提供光輸出和電輸出，這種特性在光子應(yīng)用系統(tǒng)中很有優(yōu)勢。
1． 1 激光器譜線寬度對相位噪聲的影響
 
激光器的光譜實際上包含了多個譜分量，因而是有一定線寬的，其譜線寬度是表征光譜純度或相干性的重要參量，一般用半峰全寬( full width at half maxi-mum，F(xiàn)WHM) 來描述。在光電振蕩器系統(tǒng)中，激光器作為光源提供光載波，光載波入射到調(diào)制器經(jīng)微波信號調(diào)制后，其光譜如圖 2 所示。圖中，P 表示功率，f 表
 
示頻率，f_c 是激光器光載波的光譜頻率，f_s 則是調(diào)制后微波信號的邊帶光譜頻率。在頻域，兩個邊帶信號分別與光載波進行拍頻，拍頻之后的信號再疊加，得到**終的微波光信號，經(jīng)探測轉(zhuǎn)換成電信號。由此可知，激光器的譜線寬度決定了**終產(chǎn)生的微波信號的頻譜純度。所以在光電振蕩器系統(tǒng)中，激光器線寬越窄，振蕩器產(chǎn)生的信號頻譜特性和相位噪聲特性就會越好。
 
1． 2 激光器功率對相位噪聲的影響
 
光電振蕩器的主要噪聲包括激光器的相對強度噪聲、放大器熱噪聲以及探測器散射噪聲。通過噪聲的功率譜密度來估算振蕩信號的頻譜。由參考文獻［2］
 
可知，光電振蕩器的 ＲF 信號相位噪聲近似為:
noise ratio，SNＲ) 與光功率、相對強度噪聲的關(guān)系曲線，如圖 3 所示。當(dāng)光功率較小時，信噪比主要受光功率的影響，并且隨光功率變大而增大; 當(dāng)光功率較大時，信噪比受激光器的 ＲIN 影響較大，并且隨 ＲIN 增大而減小。因此，系統(tǒng)信噪比由激光器的光功率和 ＲIN 共#p#分頁標題#e#
 
同決定，而相位噪聲是信噪比的函數(shù)，所以光電振蕩器的相位噪聲受激光器功率和相對強度噪聲影響。
2 實驗研究
 
2． 1  激光器線寬對相位噪聲的影響
 
實驗中使用了兩個不同線寬的半導(dǎo)體激光器: 常規(guī)半導(dǎo)體激光器 ( Emcore 公司的 1782 型，以下簡稱
 
Emcore) 和窄線寬激光器( ＲIO 公司的 Orion 系列，以下簡稱 ＲIO) 。shou先利用單激光器的延時自外差法分別測量了兩個激光器的線寬，由測量結(jié)果可得，Emcore
 
激光器的線寬約為 1MHz，ＲIO 激光器線寬約為 1kHz，
 
如圖 4 所示。激光器的線寬越窄，其 ＲIN 就會越小，所以譜線寬度可以定性地描述激光器 ＲIN 的大小。由于實驗室相位噪聲測試儀器的測量精度和測量性能有限，為了滿足儀器限制，需要提高振蕩器系統(tǒng)的噪聲，故實驗中使用兩段短光纖的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，分別為 15m
 
和 300m。
將線寬為 1MHz 的 Emcore 激光器和線寬為 1kHz
 
的ＲIO 激光器的輸出光功率調(diào)整到 20mW，分別進行實驗，由不同線寬、等功率輸出的激光器在振蕩器系統(tǒng)中得到微波信號的頻譜和相位噪聲譜，如圖 5 和圖 6 所示。由圖 5 中頻譜可以看出，中心頻率為 9． 996GHz，
 
示。由圖 5 中頻譜可以看出，中心頻率為 9． 996GHz，
 

3 結(jié) 論
 
光電振蕩器是一種能夠產(chǎn)生高頻率、高穩(wěn)定、低相位噪聲的新型振蕩器。半導(dǎo)體激光器在振蕩器系統(tǒng)中作為光源，其各種特性決定了系統(tǒng)的整體性能。作者通過實驗研究了激光器的線寬和功率對振蕩器相位噪聲的影響，實驗結(jié)果表明，激光器線寬越窄、系統(tǒng)輸入光功率越大時，振蕩器產(chǎn)生微波信號的相位噪聲越好，并且在頻偏 1kHz 以內(nèi)，激光器線寬對相位噪聲有明顯的影響，頻偏 1kHz 以外，激光器線寬對相位噪聲的影響很小，光功率對相位噪聲影響較大，實驗結(jié)果對以后振蕩器相位噪聲的優(yōu)化有一定的指導(dǎo)意義。除此之外，在環(huán)境溫度改變的情況下，光纖的有效折射率改變，延時量和有效 Q 值跟著產(chǎn)生變化，**終導(dǎo)致微波信號頻率漂移，相位噪聲惡化，所以實驗過程中要保證光纖環(huán)處于恒溫狀態(tài)，以提高實驗結(jié)果的準確性。