CN102163801B

CN102163801B - 用有源半导体谐振腔的光电振荡器

Info

Publication number: CN102163801B
Application number: CN201110072217A
Authority: CN
Inventors: 江阳; 彭云飞
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: CN102163801A

Abstract

本发明公开了一种用有源半导体谐振腔的光电振荡器，包括光源及调制模块（1），光学谐振腔（2），光耦合器（3），光电探测器（4）和电耦合器（5），光源及调制模块（1）的输出端与光学谐振腔（2）的输入端连接，光学谐振腔（2）的输出端与光耦合器（3）的输入端连接，光耦合器（3）的输出端与光电探测器（4）的输入端连接，光电探测器（4）的输出端与电耦合器（5）的输入端连接，电耦合器（5）的输出端与光源及调制模块（1）的输入端连接，其特征在于：光学谐振腔（2）为有源半导体谐振腔。本发明具有体积小，易稳定控制，能实现频率的可调谐性，整个系统具有可集成性。

Description

用有源半导体谐振腔的光电振荡器

技术领域

本发明涉及微波技术和光电子技术领域，尤其涉及一种光电振荡器。背景技术

光电振荡器（OEO：Optoelectronic Oscillator）是一种光、电微波/毫米波信号发生装置。它的基本结构是利用光源、电光调制器、光电探测器、电滤波器所构成的一个反馈回路，利用长光纤的储能能力，实现高品质的光、电微波信号产生。目前OEO系统存在一些由于其结构特征所带来的不足，主要表现在：长光纤能在环路内存储更多的光场能量，提高产生信号的品质，但是由此也带来了系统体积庞大，易受外部环境影响，边模噪声难以被滤波器滤除的问题。为了解决OEO系统存在的缺陷，现有技术采用了一些新的结构和方法，但这些现有技术均存在缺点：

1）采用高Q光子滤波器（如：回音廊模式谐振器）实现频率选择和边模抑制。这种高Q光子滤波器是由介质材料制成的光学谐振腔，它不可集成，在同时要求高Q值和大范围可调谐时性能不理想，而且当Q值很大时，插入损耗也很大；

2）采用多环路结构抑制边模。但是多环路结构组成复杂，并且需要使用长光纤，使整个OEO系统体积庞大，稳定性控制困难，无法集成；

3）采用对温度不敏感的特殊光纤（如实芯光子晶体光纤：SC-PCF）代替普通单模光纤（SSMF）构成系统链路，以消除环境温度变化的影响。但由于现有光子器件的尾纤大多为SSMF，因此在与SC-PCF连接时会有比较大的连接损耗，同时SC-PCF自身结构的缺陷也会造成很大的传输损耗，降低了光纤的储能能力，影响所产生信号的质量。采用SC-PCF也不能满足OEO系统的可集成性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种体积小，易稳定控制，能实现频率的可调谐性，整个系统具有可集成性的用有源半导体谐振腔的光电振荡器。

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：本发明的用有源半导体谐振腔的光电振荡器，包括光源及调制模块，光学谐振腔，光耦合器，光电探测器和电耦合器，光源及调制模块的输出端与光学谐振腔的输入端连接；光学谐振腔的输出端与光耦合器的输入端连接；光耦合器同时输出光电振荡器的光信号；光耦合器的输出端与光电探测器的输入端连接；光电探测器的输出端与电耦合器的输入端连接；电耦合器的输出端与光源及调制模块的输入端连接；电耦合器同时输出光电振荡器的电信号，其中：光学谐振腔为有源半导体谐振腔。

上述的用有源半导体谐振腔光电振荡器装置，其中：光源及调制模块由半导体激光器和半导体电吸收调制器（EAM ）构成；有源半导体谐振腔为环形结构，由输入波导，环形增益区和输出波导构成，增益区为PN结结构。

上述的用有源半导体谐振腔光电振荡器装置，其中：光源及调制模块由半导体直调激光器构成；光学谐振腔为F-P腔结构，由前腔镜，增益区和后腔镜构成, 前腔镜、后腔镜是半导体材料的解离面，它们具有一定的透过率和反射率，增益区为PN结结构。

本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本发明光学谐振腔采用体积小的有源半导体谐振腔，减少了光电振荡器的滤波损耗，提高了滤波器Q值，易于频率调谐；且有源半导体谐振腔起振频率不易受外界环境变化影响，易实现光电振荡器的温度稳定控制；同时也使整个光电振荡器系统体积较小。所使用的部件：光源及调制模块，有源半导体谐振腔，光耦合器，光电探测器，电耦合器以及连接用的波导都可以选用半导体材料制成，因此整个光电振荡器系统具有单片可集成性。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为实施例2的示意图；

图3为实施例3的示意图。

图中标记：

1、光源及调制模块；2、光学谐振腔；3、光耦合器；4、光电探测器；5、电耦合器；1a、半导体激光器；1b、半导体电吸收调制器（EAM ）；2a、输入波导；2b、环形增益区；2c、输出波导；2d、前腔镜；2e、增益区；2f、后腔镜。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用有源半导体谐振腔的光电振荡器的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

实施例1：

参照图1，用有源半导体谐振腔的光电振荡器，包括光源及调制模块1，光学谐振腔2，光耦合器3，光电探测器4和电耦合器5，光源及调制模块1的输出端与光学谐振腔2的输入端连接；光学谐振腔2的输出端与光耦合器3的输入端连接；光耦合器3同时输出光电振荡器的光信号；光耦合器3的输出端与光电探测器4的输入端连接；光电探测器4的输出端与电耦合器5的输入端连接；电耦合器5的输出端与光源及调制模块1的输入端连接；电耦合器5同时输出光电振荡器的电信号，其中：光学谐振腔2为有源半导体谐振腔。

光源及调制模块1能产生频率为ω的连续光并具有电光调制功能。光学谐振腔2具有频率为ω±nΔω （这里n为整数）的梳状滤波窗口，由于光学谐振腔2的选频滤波特性，当这些器件连接成为一个振荡环路后，环路内噪声频率为ω±nΔω的部分以及激光器所发出的连续光能够通过光学谐振腔2并转换成电信号后实现反馈调制，经过多次的循环过程，频率为ω±nΔω成分将得到增强，最终在在环路内产生频率为Δω的光、电微波信号并可通过光耦合器3和电耦合器5分别引出作为系统的输出。由于光学谐振腔2能对通过的信号产生增益，因此滤波过程的插入损耗很小并具有很高的Q值。通过改变对有源半导体谐振腔的电流注入和温度能对Δω进行调节，进而改变输出信号的频率。

实施例2：

参照图2，用有源半导体谐振腔的光电振荡器，包括光源及调制模块1，光学谐振腔2，光耦合器3，光电探测器4和电耦合器5，光源及调制模块1的输出端与光学谐振腔2的输入端连接；光学谐振腔2的输出端与光耦合器3的输入端连接；光耦合器3同时输出光电振荡器的光信号；光耦合器3的输出端与光电探测器4的输入端连接；光电探测器4的输出端与电耦合器5的输入端连接；电耦合器5的输出端与光源及调制模块1的输入端连接；电耦合器5同时输出光电振荡器的电信号，其中：光学谐振腔2为有源半导体谐振腔。光源及调制模块1由半导体激光器1a和半导体电吸收调制器（EAM ）1b构成；光学谐振腔2为环形结构，由输入波导2a，环形增益区2b和输出波导2c构成，增益区2b为PN结结构。

使用有源半导体环形谐振腔的光电振荡器，它由半导体激光器1a和半导体电吸收调制器（EAM ）1b（半导体激光器和电吸收调制器为现有技术部件）构成光源及调制模块1；所采用的有源半导体谐振腔为一个环形结构，它由输入波导2a，环形增益区2b和输出波导2c构成，增益区为一个增益区为一个PN结结构。有源半导体环形谐振腔的环长和载流子浓度决定了谐振腔的滤波特性，经过仔细设计和控制谐振腔的注入电流以及温度，可以使谐振腔具备ω±nΔω的滤波窗口特性。光源及调制模块输出频率为ω的激光连同整个振荡环路内的噪声通过输入波导进入谐振腔的增益区，这些信号在谐振腔内获得增益并输出ω±nΔω的频率分量，这些分量被光电探测器转换为电信号后引入光源及调制模块进行反馈调制，多次循环后，在振荡器环路内将产生频率为Δω的光、电微波信号。这些信号可通过光耦合器和电耦合器输出。

实施例3：

用有源半导体谐振腔的光电振荡器，包括光源及调制模块1，光学谐振腔2，光耦合器3，光电探测器4和电耦合器5，光源及调制模块1的输出端与光学谐振腔2的输入端连接；光学谐振腔2的输出端与光耦合器3的输入端连接；光耦合器3同时输出光电振荡器的光信号；光耦合器3的输出端与光电探测器4的输入端连接；光电探测器4的输出端与电耦合器5的输入端连接；电耦合器5的输出端与光源及调制模块1的输入端连接；电耦合器5同时输出光电振荡器的电信号，其中：光学谐振腔2为有源半导体谐振腔。光源及调制模块1由半导体直调激光器构成；光学谐振腔2为F-P腔结构，由前腔镜2d，增益区2e和后腔镜2f构成, 前腔镜2d、后腔镜2f是半导体材料的解离面，它们具有一定的透过率和反射率，增益区2e为PN结结构。

它与实施例2的区别在于，由一个半导体直调激光器构成光源及调制模块1；所采用的有源半导体谐振腔为一个F-P腔结构，它由前腔镜2a,条形增益区2b和后腔镜2c构成。前、后腔镜可以是半导体材料的解离面，它们具有一定的透过率和反射率，增益区为一个PN结结构。

本发明所述并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其它的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用有源半导体谐振腔的光电振荡器，包括光源及调制模块（1），光学谐振腔（2），光耦合器（3），光电探测器（4）和电耦合器（5），光源及调制模块（1）的输出端与光学谐振腔（2）的输入端连接，光学谐振腔（2）的输出端与光耦合器（3）的输入端连接，光耦合器（3）的输出端与光电探测器（4）的输入端连接，光电探测器（4）的输出端与电耦合器（5）的输入端连接，电耦合器（5）的输出端与光源及调制模块（1）的输入端连接，其特征在于：光学谐振腔（2）为有源半导体谐振腔。

2.如权利要求1所述的用有源半导体谐振腔的光电振荡器，其特征在于：光源及调制模块（1）由半导体激光器（1a）和半导体电吸收调制器（1b）构成；有源半导体谐振腔（2）为环形结构，由输入波导（2a）、环形增益区（2b）和输出波导（2c）构成，增益区（2b）为PN结结构。

3.如权利要求1所述的用有源半导体谐振腔的光电振荡器，其特征在于：光源及调制模块（1）由半导体直调激光器构成；光学谐振腔（2）为F-P腔结构，由前腔镜（2d）、增益区（2e）和后腔镜（2f）构成, 前腔镜（2d）、后腔镜（2f）是半导体材料的解离面，增益区（2e）为PN结结构。