CN102244336A - 频率稳定的光生微波源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种频率稳定的光生微波源，包括：第一法布里珀罗多模激光器，用于产生多模激光；第一可调谐光滤波器，用于将第一法布里珀罗多模激光器发出的多模激光中的两个模式滤出来；偏振控制器，用于控制经过第一可调谐光滤波器后的激光的偏振态；3端口的光环形器，用于单向传输偏振控制器传输过来的激光至第二法布里珀罗多模激光器或第二可调谐光滤波器；第二法布里珀罗多模激光器，用于作为被注入的从激光器；第二可调谐光滤波器，用于对从第二法布里珀罗多模激光器发出的激光进行滤波；光电探测器，用于对经过第二可调谐光滤波器后滤出来的光信号进行光电转换，产生频率稳定的微波信号。利用本发明，产生了频率稳定的光生微波信号。
Description
技术领域
本发明涉及光生微波技术领域，尤其涉及一种频率稳定的光生微波源。
背景技术
卫星通信、雷达、光载无线通信(RoF)系统以及无线传感网络，都需要频率稳定的微波源。特别是近年来光载无线通信系统的快速发展，更需要一个频率稳定的光生微波源作为载波来传输信号，这是由于在电缆中传输高频的微波信号的功率损耗非常大，无法进行远距离的信号传输。而由于光纤的传输损耗低，而且抗电磁干扰，因此，利用光纤来传输微波源产生的微波的光载无线通信是最理想的微波传输解决方案。
一般来说，光生微波技术可以分为如下几类：
1)两个独立的单模激光器发出的光通过光耦合器耦合到光电探测器中，光电探测器对这两束光进行光电转换后产生一电信号，该电信号的频率等于两个激光器的波长差。这种方法产生的电信号的频率可以达到THz的级别，仅受到光电探测器的3-dB响应带宽的限制。但是这种方法产生的电信号极其不稳定，而且相位噪声大，这是由两个独立的激光器间的波长变化不同步引起的，这种相对变化可以由两个激光器的温度漂移以及驱动电流的微小变化引起。
2)利用光锁相环。通过光锁相环可以使两个激光器原本随机的相位差锁定，从而降低产生的电信号的相位噪声，但是这种方法结构复杂，不实用。
3)利用光注入锁定。通过注入锁定同样可以将两个激光器的位相差锁定，从而降低产生的电信号的相位噪声。
4)利用双模激光器。由于双模激光器的两个激射模式是从同一有源区发出的，它们受到的外界影响相同，也就是它们的波长变化是同步的，从而可以产生频率相对稳定的微波信号。然而，为了产生几十个GHz的微波信号，就要求激光器的谐振腔长相对较长。但是谐振腔越长越不稳定，这是由于较长的谐振腔更容易受到环境变化的影响，如机械振动等。反之，谐振腔较短时，受到外界的影响也就相对较小，然而这时的模间距就会较大(几百个GHz)，不满足实际的需要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种频率稳定的光生微波源，以解决用光注入技术以及半导体激光器中的四波混频效应难以产生频率稳定的光生微波源的问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种频率稳定的光生微波源，包括：
一模式间距为fM1的第一法布里珀罗多模激光器a，用于产生多模激光；
一3-dB带宽为2·fM1的第一可调谐光滤波器b，用于将第一法布里珀罗多模激光器a发出的多模激光中的两个模式滤出来，这两个模式作为主激光器的光源；
一偏振控制器c，用于控制经过第一可调谐光滤波器b后的激光的偏振态，并输出给光环形器d；
一3端口的光环形器d，用于单向传输偏振控制器c传输过来的激光至第二法布里珀罗多模激光器e或第二可调谐光滤波器f；
一模式间距为fM2的第二法布里珀罗多模激光器e，用于作为被注入的从激光器；
一3-dB带宽为fo的第二可调谐光滤波器f，用于对从第二法布里珀罗多模激光器e发出的激光进行滤波；
一光电探测器g，用于对经过第二可调谐光滤波器f后滤出来的光信号进行光电转换，产生频率稳定的微波信号。
上述方案中，所述模式间距为fM1的第一法布里珀罗多模激光器a是主激光器，其输出光作为注入光，模式间距为fM2的第二法布里珀罗多模激光器e为从激光器，是被注入的激光器，第一法布里珀罗多模激光器a与第二法布里珀罗多模激光器e的模式间距不相同。
上述方案中，所述第一法布里珀罗多模激光器a与第二法布里珀罗多模激光器e的中心波长通过调节自身的驱动电流进行微调。
上述方案中，从所述第一可调谐光滤波器b中射出的光进入所述偏振控制器c中，是为了调节所述第一法布里珀罗激光器a输出光的偏振态，使其与所述第二法布里珀罗激光器e的谐振腔模式的偏振态平行。
上述方案中，从所述偏振控制器c中射出的光进入到所述光环形器d的1端口，从所述光环形器d的2端口射出的光注入到所述第二法布里珀罗激光器e的谐振腔中。
上述方案中，从在所述第二法布里珀罗激光器e中，注入光与所述第二法布里珀罗激光器e的本身激射模式发生了四波混频效应，从而产生了四波混频信号光。
上述方案中，光注入后，所述第二法布里珀罗激光器e射出的光进入到所述光环形器d的2端口，并从所述光环形器d的3端口射出，从所述光环形器d的3端口射出的光进入到所述第二可调谐光滤波器f中。
(三)有益效果
本发明提供的频率稳定的光生微波源，是利用外部光注入来实现的一种频率稳定的光生微波源，其除具有一般光生微波源的体积小，功耗低，重量轻和抗电磁干扰等优点外，由于产生的微波频率与激光器谐振腔的稳定性有关，而激光器的谐振腔是在固定的泵浦电流和温度下是非常稳定的，所以本发明的光生微波源还具有频率稳定的优点。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图对本发明作进一步说明，其中：
图1是本发明本发明提供的产生频率稳定的光生微波源的结构框图；
图2是本发明本发明提供的产生频率稳定的光生微波源中激光器e中发生的光注入以及四波混频效应的光谱示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的产生频率稳定的光生微波源，利用外部光注入技术以及半导体激光器中的四波混频效应，产生频率等于法布里珀罗多模激光器a与法布里珀罗多模激光器e的模式间距差fM1-fM2的稳定的光生微波信号。
如图1所示，图1是本发明本发明提供的产生频率稳定的光生微波源的结构框图，该光生微波源包括：模式间距为fM1的第一法布里珀罗多模激光器a，用于产生多模激光；3-dB带宽为2·fM1的第一可调谐光滤波器b，用于将第一法布里珀罗多模激光器a发出的多模激光中的两个模式滤出来，这两个模式作为主激光器的光源；偏振控制器c，用于控制经过第一可调谐光滤波器b后的激光的偏振态，并输出给光环形器d；3端口的光环形器d，用于单向传输偏振控制器c传输过来的激光；模式间距为fM2的第二法布里珀罗多模激光器e，用于作为被注入的从激光器；3-dB带宽为fo的第二可调谐光滤波器f，用于对从第二法布里珀罗多模激光器e发出的激光进行滤波；光电探测器g，用于对经过第二可调谐光滤波器f后滤出来的光信号进行光电转换，产生频率稳定的微波信号。
模式间距为fM1的第一法布里珀罗多模激光器a是主激光器，其输出光作为注入光，模式间距为fM2的第二法布里珀罗多模激光器e为从激光器，是被注入的激光器，第一法布里珀罗多模激光器a与第二法布里珀罗多模激光器e的模式间距不相同。第一法布里珀罗多模激光器a与第二法布里珀罗多模激光器e的中心波长可以通过调节自身的驱动电流进行微调。
假设第一法布里珀罗激光器a的模式间距fM1＝220GHz，它输出的多个模式光通过光纤耦合到一3-dB带宽为2·fM1＝440GHz的第一可调谐光滤波器b中，第一可调谐光滤波器b的滤波位置使其滤出两个间距为220GHz的光模式。
从第一可调谐光滤波器b中射出的光进入偏振控制器c中，目的是调节第一法布里珀罗激光器a输出光的偏振态，使其与第二法布里珀罗激光器e的谐振腔模式的偏振态平行，以达到最佳的光注入效果。
从偏振控制器c中射出的光进入到一个光环形器d的1端口，从光环形器d的2端口射出的光注入到第二法布里珀罗激光器e的谐振腔中，假设第二法布里珀罗激光器e的模式间距fM2＝200GHz。第二法布里珀罗激光器e的光谱示意图如图2所示(图中的蓝色线，仅标示出4个光模式)。图2中红色线所示为第一法布里珀罗激光器a经过第一可调谐光滤波器b后注入到第二法布里珀罗激光器e后的光谱，第一法布里珀罗激光器a与第二法布里珀罗激光器e的光谱位置如图2所示，假设在左边的一个模式位置处，它们的波长差为5GHz。这一位置关系可以通过调节第一和第二法布里珀罗激光器激光器的驱动电流调整。
在第二法布里珀罗激光器e中，注入光与第二法布里珀罗激光器e的本身激射模式发生了四波混频效应，从而产生了四波混频信号光，此信号光如图2所示(黑色线，图中仅标示出在第二可调谐滤波器f的滤波带宽内的一个四波混频信号光，事实上，还有其它一些四波混频信号光存在)。产生的四波混频信号光与注入到第二法布里珀罗激光器e中的第一法布里珀罗多模激光器a的右边一个光模式的频率差为20GHz，如图2所示。
光注入后，第二法布里珀罗激光器e射出的光进入到光环形器d的2端口，并从光环形器d的3端口射出，从光环形器d的3端口射出的光进入到一个3-dB带宽fo＝25GHz的第二可调谐光滤波器f中，第二可调谐光滤波器f的滤波位置如图2所示，第二可调谐光滤波器f将图2所示的两束光(四波混频产生的信号光与注入到第二法布里珀罗激光器e中的第一法布里珀罗激光器a的右边一个光模式)滤出来。从第二可调谐光滤波器f出来的光最后进入一光电探测器g中，经过光电转换后产生一个频率为fM1-fM2(＝20GHz)的微波信号。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种频率稳定的光生微波源，其特征在于，包括：
一模式间距为fM1的第一法布里珀罗多模激光器(a)，用于产生多模激光；
一3-dB带宽为2·fM1的第一可调谐光滤波器(b)，用于将第一法布里珀罗多模激光器(a)发出的多模激光中的两个模式滤出来，这两个模式作为主激光器的光源；
一偏振控制器(c)，用于控制经过第一可调谐光滤波器(b)后的激光的偏振态，并输出给光环形器(d)；
一3端口的光环形器(d)，用于单向传输偏振控制器(c)传输过来的激光至第二法布里珀罗多模激光器(e)或第二可调谐光滤波器(f)；
一模式间距为fM2的第二法布里珀罗多模激光器(e)，用于作为被注入的从激光器；
一3-dB带宽为fo的第二可调谐光滤波器(f)，用于对从第二法布里珀罗多模激光器(e)发出的激光进行滤波；
一光电探测器(g)，用于对经过第二可调谐光滤波器(f)后滤出来的光信号进行光电转换，产生频率稳定的微波信号。
2.根据权利要求1所述的频率稳定的光生微波源，其特征在于，所述模式间距为fM1的第一法布里珀罗多模激光器(a)是主激光器，其输出光作为注入光，模式间距为fM2的第二法布里珀罗多模激光器(e)为从激光器，是被注入的激光器，第一法布里珀罗多模激光器(a)与第二法布里珀罗多模激光器(e)的模式间距不相同。
3.根据权利要求1所述的频率稳定的光生微波源，其特征在于，所述第一法布里珀罗多模激光器(a)与第二法布里珀罗多模激光器(e)的中心波长通过调节自身的驱动电流进行微调。
4.根据权利要求1所述的频率稳定的光生微波源，其特征在于，从所述第一可调谐光滤波器(b)中射出的光进入所述偏振控制器(c)中，是为了调节所述第一法布里珀罗激光器(a)输出光的偏振态，使其与所述第二法布里珀罗激光器(e)的谐振腔模式的偏振态平行。
5.根据权利要求1所述的频率稳定的光生微波源，其特征在于，从所述偏振控制器(c)中射出的光进入到所述光环形器(d)的1端口，从所述光环形器(d)的2端口射出的光注入到所述第二法布里珀罗激光器(e)的谐振腔中。
6.根据权利要求1所述的频率稳定的光生微波源，其特征在于，从在所述第二法布里珀罗激光器(e)中，注入光与所述第二法布里珀罗激光器(e)的本身激射模式发生了四波混频效应，从而产生了四波混频信号光。
7.根据权利要求1所述的频率稳定的光生微波源，其特征在于，光注入后，所述第二法布里珀罗激光器(e)射出的光进入到所述光环形器(d)的2端口，并从所述光环形器(d)的3端口射出，从所述光环形器(d)的3端口射出的光进入到所述第二可调谐光滤波器(f)中。
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