Opto-elektronisk oscillator

Enkelslinga opto-elektronisk oscillator. LD är en laserdiod . PD är en fotodetektor .

En opto-elektronisk oscillator (OEO) är en optoelektronisk krets som producerar repetitiva elektroniska sinusvågor och/eller modulerade optiska kontinuerliga vågsignaler.

En opto-elektronisk oscillator bygger på att konvertera den kontinuerliga ljusenergin från en pumplaser till radiofrekvens (RF), mikrovågs- eller mm-vågssignaler . OEO kännetecknas av att ha mycket hög kvalitetsfaktor (Q) och stabilitet , såväl som andra funktionella egenskaper som inte lätt uppnås med elektroniska oscillatorer . Dess unika beteende är resultatet av användningen av elektrooptiska (E/O) och fotoniska komponenter, som i allmänhet kännetecknas av hög effektivitet, hög hastighet och låg spridning i mikrovågsfrekvensregimen.

I en OEO ökar inte oscillatorns fasbrus med den frekvens som är föremål för andra implementeringar av elektroniska oscillatorer såsom kvartskristalloscillatorer, dielektriska resonatorer, safirresonatorer eller luftdielektriska resonatorer.

Historia

OEO introducerades i början av 1990-talet.

Sedan dess har enhetens nyckelegenskaper kontinuerligt förbättrats.

Drift

De flesta OEO:er använder överföringsegenskaperna hos en optisk modulator tillsammans med en fiberoptisk fördröjningslinje för att omvandla ljusenergi till stabila, spektralt rena RF/mikrovågsreferenssignaler. Ljus från en laser införs i en elektrooptisk (E/O) modulator, vars utsignal passerar genom en lång optisk fiber och detekteras med en fotodetektor . Utsignalen från fotodetektorn förstärks och filtreras och matas tillbaka till modulatorns elektriska port. Denna konfiguration stöder självförsörjande svängningar, vid en frekvens som bestäms av fiberfördröjningslängden, modulatorns förspänningsinställning och filtrets bandpassegenskaper . Den ger också både elektriska och optiska utgångar. Förutsättningarna för självupprätthållande svängningar inkluderar koherent addition av partiella vågor runt slingan och en slingförstärkning som överstiger förlusterna för de cirkulerande vågorna i slingan. Det första villkoret innebär att alla signaler som skiljer sig i fas med någon multipel av 2π från grundsignalen kan bibehållas. Således begränsas svängningsfrekvensen endast av modulatorns karakteristiska frekvenssvar och inställningen av filtret, vilket eliminerar alla andra hållbara svängningar. Det andra villkoret innebär att med tillräcklig ljusinmatningseffekt kan självupprätthållande svängningar erhållas utan behov av RF/mikrovågsförstärkaren i slingan.

OEO:er i chipsskala använder optiska resonatorer i viskande galleriläge snarare än en fördröjningslinje. Optiska resonatorer i viskningsgalleriläge är axiellt symmetriska dielektriska strukturer som sträcker sig i storlek från tiotals mikrometer till några millimeter och kan fånga ljus i en liten volym. Moden är lösningar av Maxwells ekvation och representerar vågor som utbreder sig nära ytan av resonatorstrukturerna, längs omkretsen.

Teori

₀ Kvalitetsfaktorn (Q) för OEO bestäms från en resonators mittfrekvens f och gruppfördröjning $τ$

Q={\omega _{0}\tau \over 2}=\pi f_{0}{nL \over c_{0}},

₀ där 𝑛 är brytningsindex, 𝐿 är den optiska fiberns längd och c är ljusets hastighet i vakuum.

Används

En högpresterande OEO är ett nyckelelement i en mängd olika applikationer, som t.ex

modern radarteknik,
flyg-och rymdteknik,
satellitkommunikationslänkar,
navigationssystem,
exakta metrologiska tids- och frekvensmätningar,
referensklockdistribution, och
hög bithastighet, optiskt stödda, trådlösa kommunikationslänkar, inklusive radio över fiberteknik .

Se även

Fördröjningslinjeoscillator

externa länkar