基于交叉调制的带有可调谐电光光学回音壁模谐振腔的光电振荡器

摘要

基于回音壁模谐振腔的光子器件和技术的示例和实现，所述回音壁模谐振腔由电光材料构成，以进行所述谐振腔中不同偏振的回音壁模之间的交叉调制。

权利要求

1.一种光子器件，包括：

激光器，其可调谐并产生激光频率的激光束；

光学谐振腔，其呈现电光效应，并被构造为支持在所述光学谐振腔中以两个互相正交的偏振来循环的回音壁模，以及被光学地耦合到所述激光器来接收所述激光束的一部分进入所述光学谐振腔；

激光器锁定机构，其相对于所述光学谐振腔的回音壁模谐振锁定激光频率；

消逝光耦合器，其以消逝方式将所述激光束耦合进所述光学谐振腔，并以消逝方式将所述光学谐振腔内的光耦合出所述光学谐振腔来产生谐振腔输出光；

电极，其形成于所述光学谐振腔上，以基于电光效应来施加调制控制信号以便对光进行光调制；

光探测器，其接收来自激光器的没有进入所述光学谐振腔的部分光以及所述谐振腔输出光的至少一部分；

偏振控制机构，其控制来自所述激光器的没有进入所述光学谐振腔的部分光的偏振以及所述谐振腔输出光的一部分的偏振，来允许所述两个互相正交偏振中的光在所述光探测器中干涉以产生对应于所述两个互相正交偏振中一个偏振的单调制边带；以及反馈电路，其耦合在所述光探测器和所述电极之间，来从所述光探测器接收探测器输出以及产生可调谐调制频率处的调制控制信号。

2.如权利要求1所述的器件，其中：

所述激光器锁定机构包括锁定所述激光器的Pound-Drever-Hall(PDH)稳定模块。

3.如权利要求1所述的器件，其中：

所述激光器锁定机构是将所述光学谐振腔中的光反馈回所述激光器来锁定所述激光器的注入锁定机构。

4.如权利要求1所述的器件，其中：

所述偏振控制机构包括：

位于所述激光器和所述消逝光耦合器之间的光路中的分光器，其将来自所述激光器的所述激光束分开为沿着第一光路的第一部分和沿着第二光路的第二部分，所述第一光路导引所述第一部分远离所述消逝光耦合器，所述第二光路导向所述消逝光耦合器；

在所述第一光路中的第一光偏振器件，其将所述第一部分的偏振旋转90度；

在来自所述消逝光耦合器的谐振腔输出光的光路中的第二光偏振器件，其使与由所述第一光偏振器件输出的光的偏振平行的偏振的光透射；以及光合成器，其合成来自所述第一光偏振器件和所述第二光偏振器件的光，以产生进入所述光探测器的合成光。

5.如权利要求1所述的器件，其中：

所述偏振控制机构包括：

位于所述激光器和所述消逝光耦合器之间的光路中的第一光偏振控制器，其将进入所述光学谐振腔的激光的偏振设定为相对于所述光学谐振腔支持的两个互相正交偏振中的任一个偏振呈45度；以及位于所述光探测器和所述消逝光耦合器之间的光路中的第二光偏振控制器。

6.如权利要求1所述的器件，其中：

所述光谐振腔由铌酸锂制造。

7.如权利要求1所述的器件，其中：

所述光谐振腔由钽酸锂制造。

8.如权利要求1所述的器件，其中：

形成在所述光学谐振腔上的电极包括接收所述调制控制信号用于光调制的电极、以及施加DC偏置电压来调谐所述光学谐振腔的DC偏置电极。

9.如权利要求1所述的器件，其中：

所述激光器是半导体激光器。

10.一种光子器件，包括：

激光器，其可调谐并产生激光频率的激光束；

电可控光调制器，其接收所述激光束并调制所述激光束以产生调制的激光束，所述电可控光调制器包括光学谐振腔和电极，所述光学谐振腔呈现电光效应，且其被构造为支持在所述光学谐振腔中以两个互相正交的偏振来循环的回音壁模，以及被光学地耦合到所述激光器来接收所述激光束的一部分进入所述光学谐振腔，所述电极形成在所述光学谐振腔上以基于电光效应来施加调制控制信号以便对光进行光调制；

有源光电反馈环，其包括耦合到所述光学谐振腔来接收调制的激光束的光学部件、产生所述调制控制信号的电气部件、以及耦合在所述光学部件和所述电气部件之间的光探测器，所述光电反馈环将所述调制控制信号同相地馈送给所述光学谐振腔上的电极以产生和维持在所述电可控光调制器的调制频率处的光调制和电振荡两者；以及偏振控制机构，其控制在所述光探测器接收的光的偏振，以允许两个互相正交偏振的光在所述光探测器中干涉来产生单调制边带，使得将所述电可控光调制器的调制频率设定为所述光学谐振腔内所述两个互相正交偏振中的回音壁模的频率之间的差。

11.如权利要求10所述的器件，其中：

所述光学谐振腔由铌酸锂制造。

12.如权利要求10所述的器件，其中：

所述光学谐振腔由钽酸锂制造。

13.如权利要求10所述的器件，其中：

形成在所述光学谐振腔上的电极包括接收所述调制控制信号用于光调制的电极以及施加DC偏置电压来调谐所述光学谐振腔的DC偏置电极。

14.如权利要求10所述的器件，其中：

所述激光器被锁定到所述光学谐振腔的回音壁模谐振。

15.一种用于操作具有电可控光调制器的电光振荡器的方法，所述电可控光调制器包括光学谐振腔，所述光学谐振腔呈现电光效应并被构造为支持在所述光学谐振腔中以两个互相正交的偏振循环的回音壁模，所述方法包括：提供有源光电反馈环，所述有源光电反馈环包括耦合到所述光学谐振腔来从电可控光调制器接收调制的激光束的光学部件、产生调制控制信号的电气部件、以及耦合在所述光学部件和所述电气部件之间的光探测器；

操作所述光电反馈环来将所述调制控制信号同相地提供给在所述光学谐振腔上的电极，以产生和维持在所述电可控光调制器的调制频率的光调制和电振荡两者；以及控制在所述光探测器上接收的光的偏振，以在所述光探测器的输出中获得单调制边带，来将所述电可控光调制器的调制频率设定为所述光学谐振腔内所述两个互相正交偏振中的回音壁模的频率之间的差。

说明书

基于交叉调制的带有可调谐电光光学回音壁模谐振腔的光

电振荡器

[0001] 优先权声明和相关申请

[0002] 本文档要求申请号为No.61/002,919、题为“Tunable WGMR modulator and OEO with tunable modulator and polarization selector(带有可调谐调制器和偏振选择器的可调谐WGMR调制器和OEO)”的、2007年11月13日提交的美国临时申请的权益，其公开内容通过引用并入作为本文档的说明书的一部分。

背景技术

[0003] 本文档涉及光学谐振腔和基于光学谐振腔的光学器件。

[0004] 光学谐振腔可以用来以低光学损耗将谐振光能量在空间上限制在有限的腔内。光学谐振腔的谐振可以用来提供各种有用的功能，例如光滤波、光调制、光放大、光延迟等。可以根据谐振腔的配置通过各种耦合机构将光耦合进或耦合出光学谐振腔。例如，在两端具有两个反射器的法布里-佩罗(Fabry-Perot)光学谐振腔可以使用至少一个反射器的部分光学透射来接收或输出光。

[0005] 光学回音壁模(WGM)谐振腔将光限制在回音壁模(whispering gallery mode)中，该回音壁模在闭合的环形光路中被完全反射。和法布里-佩罗谐振腔不同，在WGM谐振腔中的光不能通过光学透射退出谐振腔。在WGM谐振腔中的光通过WG模的消逝场(evanescent field)“泄露(leak)”出WGM谐振腔的闭合环形光路的外表面。光耦合器可以用来通过该消逝场将光耦合进或耦合出WGM谐振腔。

发明内容

[0006] 本申请的说明书尤其描述基于回音壁模谐振腔的光子器件和技术的示例和实现，所述回音壁模谐振腔由电光材料形成，以便在谐振腔中在不同偏振的回音壁模之间进行交叉调制。

[0007] 一方面，光子器件包括：激光器，其可调谐并产生激光频率的激光束；光学谐振腔，其呈现电光效应，并被构造为支持在所述光学谐振腔中以两个互相正交的偏振循环的回音壁模以及被光学地耦合到所述激光器以接收所述激光束的一部分进入所述光学谐振腔；激光器锁定机构，其相对于所述光学谐振腔的回音壁模谐振锁定激光频率；消逝光耦合器，其以消逝方式(evanescently)将激光束耦合进所述光学谐振腔并以消逝方式将所述光学谐振腔内的光耦合出所述光学谐振腔来产生谐振腔输出光；电极，其形成在所述光学谐振腔上，以基于电光效应来施加调制控制信号对光进行光调制；光探测器，其接收来自激光器的没有进入所述光学谐振腔的部分光以及所述谐振腔输出光的至少一部分；偏振控制机构，其控制来自激光器的没有进入所述光学谐振腔的部分光的偏振以及所述谐振腔输出光的部分的偏振，来允许两个互相正交的偏振的光在所述光探测器处干涉，以产生对应于所述两个互相正交的偏振中的一个的单调制边带；以及反馈电路，其耦合在所述光探测器和所述电极之间，以从所述光探测器接收探测器输出以及产生在可调谐调制频率的调制控制信号。

[0008] 另一方面，光子器件包括激光器，其可调谐并产生激光频率的激光束；以及电可控光调制器，其接收所述激光束并调制所述激光束来产生调制的激光束。所述光调制器包括光学谐振腔和电极，所述光学谐振腔呈现电光效应，且其被构造为支持在所述光学谐振腔中以两个互相正交的偏振循环的回音壁模以及被光学地耦合到所述激光器来接收所述激光束的一部分进入所述光学谐振腔，所述电极形成在所述光学谐振腔上，以基于电光效应来施加调制控制信号对光进行光调制。所述光子器件还包括有源光电反馈环，其包括耦合到所述光学谐振腔来接收调制的激光束的光学部件，产生所述调制控制信号的电气部件，以及耦合在所述光学部件和所述电气部件之间的光探测器，所述光电反馈环将所述调制控制信号同相地提供给所述光学谐振腔上的电极来产生和维持在所述调制器的调制频率处的光调制和电振荡两者。在所述光子器件中提供偏振控制机构来控制在所述光探测器处接收的光的偏振以允许两个互相正交的偏振中的光在所述光探测器处干涉，以产生单调制边带使得所述调制器的调制频率为所述光学谐振腔内两个互相正交的偏振的回音壁模的频率差。

[0009] 再一方面，提供了用于操作具有包括光学谐振腔的电可控光调制器的电光振荡器的方法，所述光学谐振腔呈现电光效应，并且被构造为支持在所述光学谐振腔中以两个互相正交的偏振循环的回音壁模。所述方法包括：提供有源光电反馈环，所述有源光电反馈环包括耦合到所述光学谐振腔来从所述光调制器接收调制的激光束的光学部件，产生所述调制控制信号的电气部件，以及连接在所述光学部件和所述电气部件之间的光探测器；操作所述电光反馈环来将所述调制控制信号同相地提供给所述光学谐振腔上的电极，以产生和维持在所述调制器的调制频率处的光调制和电振荡两者；以及控制在所述光探测器上接收的光的偏振，以在所述光探测器的输出中获得单调制边带来设定所述调制器的调制频率为光学谐振腔内所述两个互相正交的偏振的回音壁模的频率差。

[0010] 这些和其它方面、相关示例和实现将在附图、详细说明书和权利要求中详细描述。

附图说明

[0011] 图1A和图1B示出了用于OEO的电光WGM谐振腔调制器的示例。

[0012] 图2示出了使用图1A和1B中的电光WGM谐振腔调制器的交叉模式可调谐WGM谐振腔调制器OEO的示例。

[0013] 图3示出了使用图1A和1B中的电光WGM谐振腔调制器的交叉模式可调谐WGM谐振腔调制器OEO的另一示例。

[0014] 图4示出了具有35-GHz自由频谱范围的WGM谐振腔调制器中单边带调制的TE和TM模族的相互作用的测量结果。

具体实施方式

[0015] 光电振荡器(OEO)是具有既有电子部件又有光学部件的正反馈环的振荡器。例如，见授予Yao和Maleki的美国专利No.5,723,856以及授予Yao的美国专利No.5,777,778，它们通过引用被并入作为本文档中说明书的一部分。这样的OEO包括电可控光调制器以及至少一个包括由光电探测器互联的光学部件和电气部件的有源光电反馈环。光电反馈环接收来自调制器的调制光输出并将其转换为电信号来控制调制器。所述环产生期望的延迟，并当该有源光电环和任何其它附加反馈环的总环路增益超过总损耗时，同相地提供电信号给调制器来产生和维持在调制器调制频率处的光调制和电振荡两者。

[0016] 因此，OEO使用光调制来产生在光谱之外的频谱范围(例如，RF和微波频率)内的振荡。产生的振荡信号在频率上可调谐，并且与其它RF和微波振荡器产生的信号相比可以具有窄频谱线宽和低相位噪声。特别地，OEO是光学和电子混合器件，因此可以用在不同的应用中。

[0017] 在本文档中描述的OEO使用由电光材料制造的回音壁模谐振腔，作为调制来自激光器的CW激光的光调制器，以便对调制的激光滤波并由于反馈环的高Q因子提供光延迟。电光材料支持两个互相正交的偏振，其分别可被称为原始波和非寻常波，或者TM模和TE模。这两个不同偏振的波在电光WGM谐振腔调制器中相对于彼此经历频移，并且可以使用OEO反馈环中的偏振的适当控制来在将反馈环的电气部件和光学部件互联的光探测器的探测器输出中产生一个调制边带。因此，单边带(SSB)调制可以在该OEO中获得，并且提供了在自由频谱范围(FSR)内操作的OEO中无法获得的灵活的操作频率范围。

[0018] 图1A和1B示出了具有WGM谐振腔110的电光WGM谐振腔调制器100的示例。用于谐振腔110的整个或部分的电光材料可以是电光晶体，例如铌酸锂(“铌酸锂谐振腔”)或半导体多量子阱结构。一个或多个电极111和112可以形成在谐振腔110上，以在至少存在WG模的区域施加控制电场以控制电光材料的折射率(index)以及改变谐振腔的滤波功能。假设谐振腔110具有盘形或环形几何结构，电极111可以形成在谐振腔110的顶部而电极112可以形成在谐振腔110的底部，如图1B中器件的侧视图所示。在一个实现中，电极111和112可以构成RF或微波谐振腔来施加RF或微波信号以便与期望的光WG模共同传播。例如，电极111和112可以是微带线电极。电极111和112还可以形成电波导来导引电控制信号沿着WG模的路径传播。诸如控制电路的调谐控制单元130可以用来将电控制信号131提供给电极111和112.

[0019] 在操作谐振腔调制器100时，控制单元130可以将电压作为电控制信号提供给电极111和112作为调制控制信号。可以提供DC偏置电极133来提供DC电压132，以将谐振腔110的谐振峰值设定在期望的频谱位置。可以通过控制单元630来调整DC电压，以在需要调谐时调谐传输峰值的频谱位置。

[0020] 例如，直径d＝4.8mm、厚度为170μm的Z切LiNbO3盘形腔可以被用作谐振腔110。该腔的周边(perimeter edge)可以准备为具有100μm曲率半径的环(toroidal)形。作为图1A所示的带状电极的替换，盘形谐振腔的顶底表面可以镀有导电层以接收外部电控制信号。诸如铟的金属可以用来形成导电镀层。信号调制通过对顶底导电镀层施加和调节调制控制电压而完成。每个导电镀层可以不出现在谐振腔的中间部分而出现在谐振腔的WGM所位于的周边。

[0021] WGM窄带调制器在由该WGM谐振腔的FSR确定的特定频率处操作。以下OEO示例提供了带有压缩的(compressed)载波的SSB调制(即，移频器)来提供可调谐OEO操作。图2和3示出了这样的OEO示例。

[0022] WGM谐振腔中不同偏振的模之间的交叉调制被用来获得SSB调制。在如铌酸锂和钽酸锂的光学透明的铁电材料中，寻常偏振和非寻常偏振的电光折射率(index)相差很大。这允许仅通过常规DC偏置，简单而非常有效地使一种模从另一种模差动失谐(differential detuning)。与具有与谐振光频率差相同频率的附加微波场混合，这些模在共线构造中合适地相位匹配的情形中将相互作用。因为寻常光、非寻常光模(即，模1和模2)与微波模的折射率不同，因此相位匹配不自动发生。我们建议采用沿着WGM谐振腔边缘调制电场的特定的波浪形电极。所要求的空间调制频率根据相位匹配条件确定：

[0023]

[0024] 为了估算该值，认为超过2π的ω2-ω1接近谐振腔的FSR，A＝D/2Δ，并且ωI对应于光频。

[0025]

[0026] 对于钽酸锂，当盘直径约116μm时发生完全相位匹配，对于铌酸锂则约为8μm。

[0027] 设计用于在具有400μm直径的钽酸盐谐振腔中相位匹配的在调制器电极上写入的光栅具有138度的周期。对于铌酸盐，该值约为6度。两个光栅都可以简单地利用光刻制作。前者甚至可以手工制作，因为空间周期仅0.48mm。最后意味着具有常规马蹄或环形电极的亚毫米钽酸盐调制器确实具有偏振寻常到非寻常(o-e)的交叉调制的能力。

[0028] 这一种类的调制接受光的一个偏振，并在微波调制时旋转它的偏振。

[0029] 电光WGM谐振腔调制器在互相正交偏振的光学模之间的差频上操作。在一些非线性晶体中，该频率差可以通过控制电压和操作温度来调谐。例如，铌酸锂显示两个偏振的三倍差别的电光折射率(index)。前面例证了由铌酸锂制成的谐振腔的快速频移对于一个高达每100V 20GHz，对于另一个为7GHz。因此基于铌酸锂交叉模调制器的OEO的可调谐能力范围为13GHz。因此，35GHz的高效接收器的工作频率可以通过电压快速改变～30％。另一方面，热工作点可以更进一步改变该差频到太赫兹范围。在本设计中使用的SSB调制消除了第二边带的模。基于钽酸锂的调制器倾向于比基于铌酸锂的调制器具有更好的调制效率，因为作为两个偏振非常类似的折射率的结果，钽酸锂中的模重叠要好得多。

[0030] 因此，当前的调制器设计将基于窄带高Q因子WGMR的调制器的优点与可调谐性相结合，并且可以在差动失谐范围内从X波段调谐到W波段。高效率的WGMR调制器可以是可调谐交叉模调制器来调谐OEO频率。

[0031] 图2示出了基于WGM谐振腔中两个偏振模之间的交叉调制的OEO的第一示例200。OEO 200包括为OEO 200产生CW激光束的可调谐激光器210，基于图1A和1B的设计的带有电光WGM谐振腔110的WGM谐振腔调制器，用于为光调制、延迟和滤波而将光耦合进WGM谐振腔110以及将调制的光耦合出WGM谐振腔110的消逝耦合器214，以及用于将OEO反馈环中的光学和电气部件接口连接的光探测器220。可选放大器230可以耦合在OEO环的电气部件中，来放大来自探测器220的输出信号。

[0032] 激光器210被线性偏振并被位于激光器210和消逝耦合器214之间的分光器212分开为沿着两个光路的两个激光束。第一光路包括偏振旋转器或偏振控制器215，其将未调制的第一激光束的光学偏振旋转90度。第二光路导向消逝耦合器214和WGM谐振腔调制器以及光偏振器216，该光偏振器216使与输入激光偏振正交的偏振的光透射并阻止输入激光偏振的光。提供光合成器217以合成第一和第二光路中的光以产生到光探测器220的合成输出光束。在合成器217处的两个光束之间的拍(beat)被探测器220所探测，并被转换为单边带(SSB)信号。

[0033] 图2中OEO 200的光电环具有由作为光延迟元件、光滤波器和光调制器的WGM谐振腔110构成的光学部件、包括光探测器220(例如，光电二极管)的电气部件，以及到谐振腔110上的电极的电反馈路径(包括放大器230)。这是闭环且可以被操作来具有比环路损耗高的环路增益，并且到谐振腔110的反馈可以同相。在这样的条件下，所述闭环是正反馈环并且将作为光电振荡器(OEO)而在谐振腔110中的光调制的频率处振荡。

[0034] 可调谐激光器210被锁频到调制器110的两个正交偏振中一个的模，例如，非寻常偏振。该激光器锁定可以通过各种技术获得。在图2所示的一个例子中，使用Pound-Drever-Hall(PDH)稳定模块240来锁定激光器210。已知各种PDH稳定实现。在另一个例子中，使用基于来自谐振腔110的光反馈的注入锁定，而不使用PDM稳定模块240。激光器210(例如，二极管激光器)可以通过消逝耦合器214光学地耦合到WGM谐振腔110，该消逝耦合器214将光从谐振腔110耦合出并回到激光器210。谐振腔110的反馈光被注入回激光器210来稳定激光器210，从而激光波长被锁定在谐振腔110中WGM模的波长，并且减小激光器210的线宽。实现该注入锁定的一种方法在2008年6月13日提交的、题为“TUNABLE LASERS LOCKED TO WHISPERING GALLERY MODE RESONATORS(锁定到回音壁模谐振腔的可调谐激光器)”的美国专利申请No.12/139,449中描述，该美国专利申请通过引用并入作为本申请的说明书的一部分。

[0035] WGM谐振腔110支持两个WGM偏振模：寻常波和非寻常波。消逝耦合器214(例如，棱镜耦合器)可以光学地耦合两个模的光。光偏振器216可以被定向来选择两个模的调制的光的一个用于光探测器220中的光探测和转换。作为例子，光偏振器216可以用来抑制输出中的寻常光发射，允许仅仅非常波的信号被导引到光探测器。非寻常偏振的输出通过对准在另一光路中的偏振而与初始激光功率的一小部分相干混合，以在探测器20产生AM微波信号。检测器输出被反馈回调制器110。在该方案中，因为偏振的输出，非寻常偏振的FSR处的固定频率的振荡被抑制，并且OEO振荡器工作在可调谐的差寻常-非寻常频率上。

[0036] 用于输出耦合的各种偏振选择元件可以被实现用于图2中的OEO 200。例如，如图2所示，可以使用带有偏振器的基于棱镜的输出耦合器。在另一个例子中，可以使用高折射率的探针(probe)棱镜(例如Ge棱镜)，并且由于边界条件，相比于正常偏振，该棱镜更有效地耦合出非寻常偏振。结果，在用寻常偏振泵浦(pump)的OEO中，在固定FSR处的振荡可以被抑制。在再一个例子中，光探测器可以通过透明隔板(spacer)而附接到谐振腔110的边缘。寻常偏振具有比消逝场的折射率更高的折射率(n2)，这允许对固定频率振荡的简单而紧密(compact)的抑制。

[0037] 因此，基于上述示例，可以利用由电光晶体制造的单个WGM谐振腔在可调谐OEO中实现多个功能：对光的光调制、光滤波、光延迟以及频率的光调谐。WGM谐振腔是支持具有9
非常高的质量因子(例如，2×10)的模的轴对称(axio-symmetric)介电结构。可以这样构造WGM谐振腔，使得当光模被泵浦激光激发并且同时施加具有对应于谐振腔自由频谱范围(FSR)的频率的RF信号时，在输出处产生RF频率的光载波上的边带。该方案被用来实现高效的EOM。这样的调制器可以提高OEO特性。高效的OEO要求固有的幅度调制。基于WGM的电光调制(EOM)方案通过构造产生单边带调制(SSB)的结构。这样的调制始终具有幅度对应物(counterpart)。这可以通过沿着WGM谐振腔的径向施加RF场来实现，该WGM谐振腔由Z切铌酸锂预成型件(preform)制成。由于该材料电光张量的非对角元素r51，这样的RF场耦合WGM谐振腔的光TE和TM模族。因为TE和TM模族是相对于彼此而频移，仅产生一个调制边带。通过施加DC电压到WGM谐振腔，属于不同模族的模在频率上移动，但以不同的速率移动。因此，模间隔和由频率间隔给出的相应的调制频率可以被调谐。该构造导致了高效率、可调谐、窄带宽的调制器，这三个参数允许高性能可调谐OEO的实现。

[0038] 图3示出了基于以上的WGM谐振腔110中两个偏振模的交叉调制的另一个OEO示例300。半导体激光器210被诸如锁定到安排作为SSB调制器的铌酸锂或钽酸锂谐振腔110。调制器110的输出可以在进入导引光到光探测器220的长距离光纤前被发送到半导体光放大器(SOA)。光探测器220产生在被反馈回调制器110以完成OEO环前被放大的电信号。谐振腔110的窄带宽为该环提供了滤波功能，并且由施加的DC电压偏置产生的模间隔的变化调谐频率。这样的振荡器可以从20GHz调谐至35GHz。频谱纯度目标对应于100kHz处-120dBc的相位噪声。

[0039] 与图2所示OEO 200中的两个光路设计不同，图3的OEO 300实现两个偏振控制器321和322来获取谐振腔110中两个偏振模的交叉调制。第一偏振控制器321置于激光器
310与消逝耦合器214之间的光路中(例如光纤)，以将激光的偏振置于与谐振腔110中两个正交偏振的任一个都呈45度。在该输入偏振配置中，输入激光的一半被耦合进WGM谐振腔，并且剩下的一半被反射(没有进入谐振腔110)以穿过消逝棱镜耦合器214进入到光探测器220的输出光路。耦合进谐振腔110的一半激光被调制和滤波，然后由耦合器214耦合出来与反射的输入激光重叠。合成光然后被导引进入探测器220。

[0040] WGM谐振腔110可以由具有合适的非对角电光系数的电光材料(例如，铌酸锂或钽酸锂)制成。光WGM与可以在WGM谐振腔表面上建立的RF谐振腔或波导的场重叠。在非零积分与相互作用的能量成比例的情况下，以电场算子E1和E2为特征的两个光WGM与RF场EM耦合，

[0041]

[0042] 其中，rijk描述谐振腔寄主(host)材料的空间相关的电光非线性，Di＝∑l∈ilEl，电场El表现为两个相对地传播的波的和，以及V是WGM谐振腔的体积。

[0043] 具有不同偏振的两个WGM模族之间相互作用的可能性对于我们的应用很重要，因为可以使用施加在谐振腔上的相同偏置电压将模族一个相对于另一个地调谐。此外，因为模族一个相对于另一个地偏移，所以有可能在系统中实现单边带调制。另一个方面，光和RF信号之间的相互作用并不总是可能的。例如，如果RF场是均匀(homogeneous)的，并且沿着例如铌酸锂WGM谐振腔的Z轴施加，则具有电场平行于Z的TM的光学模与具有电场垂直于Z的TE的光学模之间的耦合被禁止。然而，可能实现其中不存在纯TE和TM模族的谐振腔。如果模之间的空间重叠积分不为0，则允许这些模之间的相互作用。

[0044] 另一可能性与材料的线性电光张量的非对角元素的使用有关。例如，铌酸锂具有非零电光系数r42＝r51。如果RF场具有径向分量，这些系数在由z切LiNbO3预成型件制作的谐振腔中的TE和TM WGM之间引入耦合。光学和RF场的空间平均的相互作用能量由下式给出

[0045]

[0046] 其中，考虑 该平均相互作用能量通常为0因为ne≠no。然而，材料的周期还原(poling)或者为RF模制造特殊的电极形状相位匹配该相互作用，使得ε≠0。此外，谐振腔可以由例如x切和z切分段制成，其导致RF和不同模族之间的相互作用。

[0047] 图4示出了具有35-GHz自由频谱范围的WGM谐振腔调制器中单边带调制中的TE和TM模族相互作用的测量结果。这样的调制器仅产生一个边带。该系统的特征在于在不是由谐振腔的自由频谱范围而是由谐振腔形状、操作温度以及施加到该谐振腔的偏置电压给定的某个值分开的模之间获得谐振腔调制。

[0048] 虽然本说明书包含许多具体特征，但它们不应理解成对发明范围或可能要求的范围的限制，而作为对专属于本发明特定实施例的特征的描述。在本说明书中分开的实施例背景下描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例背景下描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实现或以任何适当子组合实现。此外，虽然特征可能在以上描述为以一定组合进行，并且甚至起初是这样要求的，但来自要求的组合的一个或多个特征可以在某些情况下从组合中切离，并且要求的组合可以被引导到子组合或子组合的变换。

[0049] 虽然仅公开几个实施例，但可以理解，可以基于本专利申请的描述和阐述做出变化、增强以及其它实现。