光電振蕩器

01

定義

光電振蕩器（Optoelectronic oscillator,OEO）一般是由光源、強度調(diào)制器、濾波器、光電探測器(PD)構(gòu)成的具有正反饋光電混合回路的微波光子自激振蕩系統(tǒng)。它利用調(diào)制器以及光纖低損耗的特性將連續(xù)光變?yōu)榉€(wěn)定的、頻譜干凈的射頻/微波信號。

采用光纖環(huán)路結(jié)構(gòu)的光電振蕩器可以認(rèn)為是一個反饋式的微波環(huán)形腔。由于通常的介質(zhì)諧振腔腔長很短，需要很高的品質(zhì)因子才能保證輸出的微波信號具有較小的線寬和較高的頻率穩(wěn)定度。由于受到體積和損耗的影響，介質(zhì)振蕩器很難做到很大的腔長。然而，轉(zhuǎn)換為光信號后，利用光纖具有的寬帶和低損耗特性，可以顯著減少縱模的線寬，并對環(huán)路的相位更加敏感，從而獲得更高的頻率穩(wěn)定度、更低的相位噪聲以及更窄的高性能微波輸出。

▲ 光電振蕩器結(jié)構(gòu)圖

藍(lán)寶石振蕩器

01

定義

藍(lán)寶石（Sapphire）是剛玉寶石中除紅色的之外其它顏色剛玉寶石的通稱,其主要成分為氧化鋁。藍(lán)寶石具有極低的介質(zhì)損耗，其頻率與品質(zhì)因數(shù)的乘積是目前所有材料中最高的。利用藍(lán)寶石構(gòu)建諧振器時，常將藍(lán)寶石做成圓柱形，放入金屬腔內(nèi)。支撐件一般采用低損耗易加工的材料。支撐件將晶體與金屬腔連接起來。

藍(lán)寶石振蕩器（Sapphire Resonator Oscillator,SRO）是利用高品質(zhì)因數(shù)的藍(lán)寶石諧振器作為極窄帶的濾波器，加上放大和移相環(huán)節(jié)構(gòu)建振蕩器，經(jīng)過相關(guān)電路驅(qū)動后產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率。由于直接在X頻段實現(xiàn)振蕩和信號輸出，避免了傳統(tǒng)倍頻和濾波放大環(huán)節(jié)產(chǎn)生相位噪聲惡化，因此藍(lán)寶石振蕩器SRO在偏離載波遠(yuǎn)端的穩(wěn)定性要遠(yuǎn)高于晶振倍頻器。

▲藍(lán)寶石振蕩器結(jié)構(gòu)圖

藍(lán)寶石振蕩器分為低溫藍(lán)寶石振蕩器CSO（Cryogenics Sapphire Oscillator）和恒溫型藍(lán)寶石振蕩SRO(Oven Controlled Sapphire Resonant Oscillator)。CSO通常采用液氦或液氮制冷方式將藍(lán)寶石晶體溫度降低，從而獲得極高的品質(zhì)因數(shù)和超高穩(wěn)定的輸出，但由于昂貴和龐大的制冷設(shè)備限制了CSO的使用。SRO采用恒溫控制方式，將藍(lán)寶石晶體溫度控制在室溫的某個范圍，避免了外界溫度變化帶來的頻率波動，從而使得SRO可以應(yīng)用于多種場合。

二者的區(qū)別

• 光電振蕩器融合了微波技術(shù)和光子技術(shù)的各自優(yōu)勢，具有大帶寬和高頻率等優(yōu)點，可作為高性能微波光子信號源，應(yīng)用于涉及微波信號的產(chǎn)生、處理或接收的各種場合中。
• 光電振蕩器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，特別是需要較長的光纖，長度可能長達(dá)數(shù)公里，這樣集成較為復(fù)雜，難以工程化應(yīng)用。
• 在藍(lán)寶石振蕩器的基本環(huán)路中，藍(lán)寶石諧振器作為系統(tǒng)的核心器件，可視為帶寬非常窄的濾波器，濾除其他雜散，信號頻譜極為純凈，可獲得超穩(wěn)信號。
• 藍(lán)寶石振蕩器結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成，通過特別的設(shè)計減小溫度和振動的影響，可以作為模塊結(jié)構(gòu)，具有良好的應(yīng)用前景。

目前市場上的恒溫控制型藍(lán)寶石振蕩器有長沙天穹電子研發(fā)生產(chǎn)的 TQSRO-C50 ，是一款緊湊型恒溫控制型藍(lán)寶石振蕩器，核心部件采用高品質(zhì)因數(shù)的藍(lán)寶石諧振器，可輸出超低相位噪聲信號，采用高精度恒溫控制克服外部環(huán)境溫度的影響，其輸出信號的穩(wěn)定性顯著優(yōu)于晶振倍頻器，可以被外部參考鎖定。TQSRO-C50具有優(yōu)異的性能，為無線測控、寬帶通信、量子測量和遙測遙感提供基準(zhǔn)頻率信號，適合于安裝尺寸受限的應(yīng)用場合。