利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提出了一種利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其包括：外光注入模塊和雙腔反饋模塊，所述外光注入模塊由可調(diào)激光源、凸透鏡、半透半反鏡、光功率計(jì)、第一偏振控制器、光隔離器和單模1550nm?垂直腔半導(dǎo)體激光器組成，所述雙腔反饋模塊由半透半反鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第二偏振控制器、第三偏振控制器和用于降低光功率至適當(dāng)值的可變衰減器組成。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于外光注入和雙腔反饋長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔半導(dǎo)體激光器的全光光子微波信號(hào)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微波產(chǎn)生技術(shù)在現(xiàn)代通信、軍事、雷達(dá)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，光子微波技術(shù)作為一種新興的產(chǎn)生微波信號(hào)的技術(shù)受到關(guān)注，它在光載無(wú)線(xiàn)通信(Rad1-over-Fiber，R0F)、手機(jī)的4G、5G技術(shù)等領(lǐng)域都有誘人的應(yīng)用前景。
[0003]現(xiàn)有光子微波的產(chǎn)生方式基本可以分為純電子、光電混合和全光方式三大類(lèi).對(duì)于純電子方式，可以利用晶體振蕩產(chǎn)生種子微波，再通過(guò)諧振獲取高頻信號(hào)，但這類(lèi)方式存在著電子瓶頸的問(wèn)題，難以產(chǎn)生高頻微波或成本高昂。隨著信息時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)信息容量的要求越來(lái)越高，對(duì)載波頻率的要求也隨之大幅升高，而直接利用純電子方式難以經(jīng)濟(jì)地產(chǎn)生高頻微波信號(hào)。
[0004]對(duì)于電光混合方案，一般是利用電光效應(yīng)，把電壓加到電光晶體上，電光晶體的折射率將發(fā)生變化，進(jìn)而引起通過(guò)該晶體的光波特性的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的相位、幅度、強(qiáng)度以及偏振狀態(tài)的調(diào)制。常用的直接調(diào)制法，雖然可以使電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)從而讓信號(hào)不受其他電信號(hào)干擾，降低傳輸損失。但從產(chǎn)生微波源的角度來(lái)說(shuō)，此方法本質(zhì)還是電子學(xué)的方式，存在著電子瓶頸的問(wèn)題。當(dāng)延展到高頻微波范圍時(shí)，仍然面臨著技術(shù)復(fù)雜，成本高昂的問(wèn)題。
[0005]在利用全光方式產(chǎn)生光子微波的領(lǐng)域，目前主要有光外差法和基于雙模半導(dǎo)體激光器的光子微波產(chǎn)生辦法。光外差法由兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光波注入光電探測(cè)器，利用拍頻獲得一定頻率的光子微波信號(hào)。對(duì)1550nm的激光來(lái)說(shuō)，它主要的缺點(diǎn)是其所產(chǎn)生的是兩束獨(dú)立的激光，由于兩束光的相位不相關(guān)導(dǎo)致產(chǎn)生的信號(hào)噪聲較大。為解決相位噪聲的問(wèn)題，需要高相干性的光源或者專(zhuān)門(mén)的OPLLs等技術(shù)對(duì)兩獨(dú)立激光源進(jìn)行處理，這些無(wú)疑提高了技術(shù)難度和成本。此外，雙模半導(dǎo)體激光器是一種特殊的激光器，需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，制作工藝復(fù)雜，同時(shí)它也需要額外的相位鎖定技術(shù)來(lái)獲取低相位噪聲的光子微波。實(shí)踐中，鎖定通常不夠完美，且會(huì)限制光子微波波頻的可調(diào)諧性。
[0006]可見(jiàn)，以上所提及的各方案都難以獲取窄線(xiàn)寬、低相位噪聲、低成本的光子微波。因此，急需探索發(fā)展新型的光子微波產(chǎn)生裝置。
[0007]垂直腔半導(dǎo)體激光器是一種發(fā)展非常迅速的新型半導(dǎo)體激光器，在光電子技術(shù)的許多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，它具有高度可集成性、模式匹配度高、低成本等優(yōu)勢(shì)。如果利用垂直腔兩個(gè)天然的正交振蕩模式，并結(jié)合光注入方法是可以獲得光子微波的。通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)光路的光程可使光子微波頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)參量可以控制光子微波功率以及調(diào)制深度，再加入雙腔反饋對(duì)線(xiàn)寬進(jìn)行壓窄，從而產(chǎn)生所需的窄線(xiàn)寬、低噪聲、低成本光子微波。
[0008]鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的主要目的是提供一種利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型提出一種利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，一定程度上解決了現(xiàn)有技術(shù)制作工藝復(fù)雜的問(wèn)題。
[0010]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0011 ] 一種利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其包括:外光注入模塊和雙腔反饋模塊，所述外光注入模塊由可調(diào)激光源、凸透鏡、半透半反鏡、光功率計(jì)、第一偏振控制器、光隔離器和單模1550nm-垂直腔半導(dǎo)體激光器組成，所述雙腔反饋模塊由半透半反鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第二偏振控制器、第三偏振控制器和用于降低光功率至適當(dāng)值的可變衰減器組成，所述光隔離器包括第一光隔離器和第二光隔離器。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果如下:
[0013]1.采用基于垂直腔激光器的全光方案，突破了純電子方式的頻率瓶頸限制。且無(wú)需昂貴的電子微波源，從而避免其他種方案中電子信號(hào)的干擾以及高頻電子微波源成本高昂的缺點(diǎn)。
[0014]2.采用雙腔反饋的方式使獲得光子微波信號(hào)的噪聲側(cè)峰得到很好地抑制，從而使獲得的光子微波信號(hào)具有信噪比高的突出優(yōu)點(diǎn)。
[0015]3.系統(tǒng)方案可產(chǎn)生的微波信號(hào)頻率高于30GHz，信號(hào)寬度小于IMHz;該信號(hào)具有噪聲低，線(xiàn)寬窄，相干性好的特點(diǎn)。
[0016]本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)如下:
[0017]進(jìn)一步地，利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置還包括位于雙腔反饋模塊外的第一反射鏡、第二反射鏡、光譜分析儀和頻譜分析儀。
[0018]進(jìn)一步地，所述凸透鏡包括位于可調(diào)激光源和偏振控制器之間的第一凸透鏡。
[0019]進(jìn)一步地，所述外光注入模塊的半透半反鏡包括位于第一偏振控制器和第一反射鏡之間的第一半透半反鏡。
[0020]進(jìn)一步地，所述外光注入模塊的半透半反鏡包括位于第一半透半反鏡和第一光隔離器之間的第二半透半反鏡。
[0021]進(jìn)一步地，所述外光注入模塊的半透半反鏡包括第三半透半反鏡和位于第三半透半反鏡與第二光隔離器之間的第四半透半反鏡。
[0022]進(jìn)一步地，所述凸透鏡包括位于單模1550nm_垂直腔半導(dǎo)體激光器和第三半透半反鏡之間的第二凸透鏡。
[0023]進(jìn)一步地，所述雙腔反饋模塊的半透半反鏡包括第六半透半反鏡和第七半透半反
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[0024]進(jìn)一步地，所述第二偏振控制器位于第六半透半反鏡和第七半透半反鏡之間。
[0025]進(jìn)一步地，所述第三偏振控制器位于第三反射鏡和第四反射鏡之間。
【附圖說(shuō)明】
[0026]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為本實(shí)用新型利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2為圖1所示雙腔反饋的結(jié)構(gòu)圖。
[0029]其中:TSL:可調(diào)激光源，CLl、CL2:凸透鏡，PCl:偏振控制器，STMl、STM2、STM3、STM4、STM5:半透半反鏡，RMl、RM2:反射鏡，OI1、012:光隔離器，PM:光功率計(jì)，OSA:光譜分析儀，ESA:頻譜分析儀，VA:可變衰減器，PC2、PC3:偏振控制器，STM6、STM7:半透半反鏡，RM3、RM4、RM5:反射鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0031]如圖1至圖2所示，本實(shí)用新型的一種利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其分為兩大模塊:外光注入模塊、雙腔反饋模塊.
[0032]其中，外光注入模塊由可調(diào)激光源TSL、凸透鏡CL1、CL2、半透半反鏡STM1、STM2、STM3、STM4、光功率計(jì)PM、第一偏振控制器PC1、光隔離器011、012、和單模1550醒-垂直腔半導(dǎo)體激光器組成。
[0033]利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置還包括反射鏡RM1、RM2和光譜分析儀OSA，頻譜分析儀ESA，以及第五半透半反鏡STM5。反射鏡RMl、RM2包括第一反射鏡RMl和第二反射鏡RM2。第二反射鏡RM2位于頻譜分析儀ESA與第五半透半反鏡STM之間。光隔離器OIl、012包括第一光隔離器OI 1和第二光隔離器012。半透半反鏡3了11、3了12、3了13、3丁14包括第一半透半反鏡STMl、第二半透半反鏡STM2、第三半透半反鏡STM3和第四半透半反鏡STM4。
[0034]所述凸透鏡CL1、CL2包括位于可調(diào)激光源TSL和偏振控制器PCl之間的第一凸透鏡CLl。所述凸透鏡CLl、CL2包括位于可調(diào)激光源TSL和半透半反鏡STM3之間的第二凸透鏡(^1。半透半反鏡3了11、3了12、3了13、3了14包括位于第一偏振控制器?(:1和反射鏡咖1之間的第一半透半反鏡STMl ο半透半反鏡STMl、STM2、STM3、STM4包括位于第一半透半反鏡STMl和光隔離器OII之間的第二半透半反鏡STM2。半透半反鏡STMl、STM2、STM3、STM4包括位于第三半透半反鏡STM3和位于第三半透半反鏡STM3與光隔離器012之間的第四半透半反鏡STM4。
[0035]雙腔反饋模塊由半透半反鏡STM6、STM7、反射鏡RM3、RM4、RM5、偏振控制器PC2、PC3和用于降低光功率至適當(dāng)值的可變衰減器VA組成。
[0036]偏振控制器PC2、PC3包括第二偏振控制器PC2和第三偏振控制器PC3。反射鏡RM3、RM4、RM5包括第三反射鏡RM3、第四反射鏡RM4和第五反射鏡RM5。半透半反鏡STM6、STM7包括第六半透半反鏡STM6和第七半透半反鏡STM7。第二偏振控制器PC2位于第六半透半反鏡STM6和第七半透半反鏡STM7之間。第三偏振控制器PC3位于第三反射鏡RM3和第四反射鏡RM4之間。第六半透半反鏡STM6位于可變衰減器VA和第三反射鏡RM3之間。
[0037]首先運(yùn)行的是外光注入模塊，利用可調(diào)激光源TSL輸出波長(zhǎng)位于垂直腔半導(dǎo)體激光器抑制模式附近的光信號(hào)，此光信號(hào)可根據(jù)對(duì)輸出光子微波信號(hào)功率的大小需求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)(滿(mǎn)足在一定功率范圍內(nèi)可調(diào))，然后利用偏振控制器PCl獲得偏振方向與垂直腔半導(dǎo)體激光器主導(dǎo)模式相同的偏振光，再通過(guò)半透半反鏡STMl、STM2、STM3將光束分成兩束，其中一束進(jìn)入光功率計(jì)PM測(cè)定其功率，另一束由半透半反鏡STMl、STM2、STM3反射后注入單模1550nm-垂直腔半導(dǎo)體激光器芯片中，得到兩個(gè)功率相當(dāng)、頻率差約30GHz的光子微波信號(hào)，輸出光進(jìn)而透過(guò)半透半反鏡STMl、STM2、STM3進(jìn)入雙腔反饋模塊(半透半反鏡的反射光由光隔離器OIl阻斷)，首先被半透半反鏡STM 4分成功率相等的兩部分，它們分別經(jīng)過(guò)不同回路反饋到1550nm-垂直腔半導(dǎo)體激光器中，在此使用不同回路目的是使反饋回路的延遲時(shí)間不同(圖中偏振控制器PC3所處回路可通過(guò)左右移動(dòng)改變光程，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)光頻率的目的)以產(chǎn)生不同頻率的反饋光便于信號(hào)壓窄，且雙腔反饋還可使每束單光形成的側(cè)峰得到抑制，提高輸出信號(hào)信噪比，以便獲得噪聲小的光子微波.實(shí)施過(guò)程中使用激光器驅(qū)動(dòng)源(ILX-Lightwave LDC-3724B)來(lái)控制1550nm_垂直腔半導(dǎo)體激光器芯片的溫度以及偏置電流。
[0038]自由運(yùn)行的1550nm_垂直腔半導(dǎo)體激光器在外光注入下可得到兩個(gè)功率相當(dāng)、頻率差約30GHz的光譜成分，其輸出光功率在一定范圍內(nèi)可調(diào)。經(jīng)帶寬光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換后，可得到其功率譜。但由于其微波信號(hào)線(xiàn)寬很寬，于是引入雙腔反饋模塊，將輸出光分成等功率的兩束，分別引入兩反饋腔，目的是制造不同的光程使其頻率產(chǎn)生差異，從而形成雙腔反饋。由于光在傳播過(guò)程中其偏振方向會(huì)適當(dāng)改變，所以引入偏振控制器PC2、PC3使反饋光的偏振方向使其與輸出光方向相同，再由可調(diào)衰減器調(diào)VA節(jié)光的強(qiáng)度進(jìn)行反饋，以達(dá)到最佳反饋效果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出光子微波信號(hào)寬度的窄化和降低噪聲，得到1550nm光子微波。
[0039]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0040]1.采用基于垂直腔激光器的全光方案，突破了純電子方式的頻率瓶頸限制。且無(wú)需昂貴的電子微波源，從而避免其他種方案中電子信號(hào)的干擾以及高頻電子微波源成本高昂的局限性。
[0041]2.采用雙腔反饋的方式使獲得光子微波信號(hào)的噪聲側(cè)峰得到很好地抑制，從而使獲得的光子微波信號(hào)具有了信噪比高的突出優(yōu)點(diǎn)。
[0042]3.系統(tǒng)方案可產(chǎn)生的微波信號(hào)頻率高于30GHz，信號(hào)寬小于IMHz;該信號(hào)具有噪聲低，線(xiàn)寬窄，相干性好的特點(diǎn)。
[0043]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其特征在于，包括:外光注入模塊和雙腔反饋模塊，所述外光注入模塊由可調(diào)激光源、凸透鏡、半透半反鏡、光功率計(jì)、第一偏振控制器、光隔離器和單模1550nm-垂直腔半導(dǎo)體激光器組成，所述雙腔反饋模塊由半透半反鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第二偏振控制器、第三偏振控制器和用于降低光功率至適當(dāng)值的可變衰減器組成，所述光隔離器包括第一光隔離器和第二光隔離器。2.如權(quán)利要求1所述的利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其特征在于:還包括位于雙腔反饋模塊外的第一反射鏡、第二反射鏡、光譜分析儀和頻譜分析儀。3.如權(quán)利要求1所述的利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其特征在于:所述凸透鏡包括位于可調(diào)激光源和偏振控制器之間的第一凸透鏡。4.如權(quán)利要求1所述的利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其特征在于:所述外光注入模塊的半透半反鏡包括位于第一偏振控制器和第一反射鏡之間的第一半透半反鏡。5.如權(quán)利要求4所述的利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其特征在于:所述外光注入模塊的半透半反鏡包括位于第一半透半反鏡和第一光隔離器之間的第二半透半反鏡。6.如權(quán)利要求5所述的利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其特征在于:所述外光注入模塊的半透半反鏡包括第三半透半反鏡和位于第三半透半反鏡與第二光隔離器之間的第四半透半反鏡。7.如權(quán)利要求6所述的利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其特征在于:所述凸透鏡包括位于單模1550nm-垂直腔半導(dǎo)體激光器和第三半透半反鏡之間的第二凸透鏡。8.如權(quán)利要求1所述的利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其特征在于:所述雙腔反饋模塊的半透半反鏡包括第六半透半反鏡和第七半透半反鏡。9.如權(quán)利要求8所述的利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其特征在于:所述第二偏振控制器位于第六半透半反鏡和第七半透半反鏡之間。10.如權(quán)利要求9所述的利用長(zhǎng)波長(zhǎng)垂直腔激光器的低噪聲光子微波源裝置，其特征在于:所述第三偏振控制器位于第三反射鏡和第四反射鏡之間。
【文檔編號(hào)】H01S1/02GK205543660SQ201620274165
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月5日
【發(fā)明人】吳加貴, 倪冬原, 張悅, 唐曦, 鄧濤
【申請(qǐng)人】西南大學(xué)