CN104051955A - 基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源 - Google Patents

Abstract

一种基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源，包括：一放大反馈激光器；一三端口光环形器，其端口2与放大反馈激光器连接；一光耦合器，其端口1与三端口光环形器的端口3连接；一光纤放大器，其输入端与光耦合器的端口2连接，使得反馈强度大于放大反馈激光器自注入锁定的阈值；一偏振控制器，其输入端与光纤放大器的输出端连接，其输出端与三端口光环形器的端口1连接，用于控制反馈回路注入回放大反馈激光器的反馈信号的偏振状态；本发明可克服双模激光器产生的微波信号在稳定度和线宽方面的不足，本发明无需外微波源作为基准就可以产生窄线宽可调谐的优质微波源，具有集成度高，结构紧凑，稳定性好，制作工艺简单，成本低，易于实现的优点。

Description

基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源

技术领域

本发明涉及光生微波技术领域，特别指一种基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源。

背景技术

在卫星通信系统，光载无线通信系统，雷达系统，高精度测量技术领域，光纤通信领域和光信息处理领域中，高频，可调谐，窄线宽，低相位噪声的微波源都有很重要的应用。传统的微波信号源利用电子振荡回路，再通过多级的倍频技术，实现所需频率的微波信号。这种方法产生的信号质量随频率的升高而恶化，成本也随频率的提高而急剧升高。高频的微波信号通常需要通过同轴电缆传输，但利用同轴电缆传输高频微波信号时有较大的损耗，不利于高频微波信号的远距传输。光生微波技术，通过双模激光拍频的方法产生微波，由于光波频率(200THz量级)远高于射频微波频率，只要在光波域上对两个激光波长差进行纳米级别偏调(1.5微米波段)就可以实现100G以上的拍频，经探测器探测后，就可以实现微波输出。另一方面，用来拍频的两个模式的均在光波域，可以在光纤上实现低损传输，在传送到需微波发射的地点，只要用光电探测器混频即可产生所需的微波信号，很好的解决的高频微波信号远距离传输的问题。因此，高质量可调谐的光生微波源成为了近年来人们研究的热点。

目前，光生微波源的产生方法主要有：直调激光器，外部调制激光器，光外差，光锁相环，光注入和双模激光器等。其中，直调激光器产生的微波信号受到激光器自身特性的影响，调制频率和调制幅度都受到了很大的限制。外部调制激光器需要外部的光电调制器和微波源，系统较为复杂，且调制频率受到光电调制器频率的限制。光外差通过两个激射波长不同激光器拍频产微波信号。由于两个激光器产生模式的相位随机性，在没有外部微波源或者相位锁定回路时微波线宽很宽，稳定度差。采用光锁相环可以产生高质量的微波信号，但需要用到外部调制器和微波源，系统复杂且成本高。光注入采用一个主激光器注入一个从激光器，使从激光器处于单周期振荡(P1)状态，从而产生微波信号。这种方法较为简单，但产生的微波信号稳定度差，线宽宽。

半导体双模激光器自身就能够产生两个模式进行拍频。这种方法简单，集成度高，可调谐性能好。双模激光器的两个激射模式在同一个腔内产生，有一定的相位相关性，生成微波信号的线宽与两独立的激光器拍频相比较窄，且外界环境对信号影响较小。但其线宽一般在MHz量级，且稳定程度不够高，都未达到在光载微波通信中应用的标准。

因此，目前一个迫切的问题就是：提高双模激光器拍频的稳定度，压缩拍频的线宽，解决双模激光器在实际应用中的不足，实现集成度高，可调谐性好，稳定度高，线宽窄，相位噪声小的优质光生微波源。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于半导体双模激光器的窄线宽高稳定度的优质可调谐光生微波源，其可克服双模激光器产生的微波信号在稳定度和线宽方面的不足，本发明无需外微波源作为基准就可以产生窄线宽可调谐的优质微波源，具有集成度高，结构紧凑，稳定性好，制作工艺简单，成本低，易于实现的优点。

本发明提供一种基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源，包括：

一放大反馈激光器，用于产生可调谐的双纵模激射；

一三端口光环形器，其端口2与放大反馈激光器连接，用于接收反馈回路的光信号传递给放大反馈激光器，同时接收放大反馈激光器产生的光信号送入反馈回路，且保证光的单行传输；

一光耦合器，其端口1与三端口光环形器的端口3连接，用于将三端口光环形器端口3输出的光信号按照预设的功率比一部分送入反馈回路，一部分输出；

一光纤放大器，其输入端与光耦合器的端口2连接，用于接收光耦合器送入反馈回路的光信号，并将此光信号进行放大，使得反馈强度大于放大反馈激光器自注入锁定的阈值；

一偏振控制器，其输入端与光纤放大器的输出端连接，其输出端与三端口光环形器的端口1连接，用于控制反馈回路注入回放大反馈激光器的反馈信号的偏振状态；

其中三端口光环形器、光耦合器、光纤放大器和偏振控制器形成反馈回路。

本发明的有益效果是：采用单片集成可调谐的半导体双模激光器作为微波源的核心器件，采用全光的反馈回路来注入锁定双模激光器，实现优质的光生微波信号输出。这种方法无需外微波源作为基准就可以产生窄线宽可调谐的优质微波源，具有集成度高，结构紧凑，稳定性好，制作工艺简单，成本低，易于实现的优点。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术特征，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步详细说明，其中：

图1为本发明的结构框图；

图2为放大反馈激光器a的结构示意图；

图3为有两个反馈回路的基于半导体双模激光器的自注入锁定优质可调谐光生微波源结构框图；

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源，包括：

一放大反馈激光器a，用于产生可调谐的双纵模激射，所采用的放大反馈激光器a是一种集成了DFB激光器区、相区和放大反馈区的单片集成三段式半导体双模激光器(参阅图2)，所采用的放大反馈激光器a是通过调节DFB激光器区、相区和放大反馈区的注入电流，实现间距大范围可调谐的双模激光输出，所述的放大反馈激光器a的各段长度可以调节，用于控制所产生的双模激光的双模工作范围，所采用的放大反馈激光器a，其靠近DFB激光器区一端的端面为出光面，用于和三端口环形器的端口2连接；

一三端口光环形器b，其端口2与放大反馈激光器a连接，用于接收反馈回路的光信号传递给放大反馈激光器a，同时接收放大反馈激光器产生的光信号送入反馈回路，且保证光沿着从三端口光环形器b的端口2、三端口光环形器的端口3、光耦合器c、光纤放大器d、偏振控制器e和三端口光环形器b的端口1的方向单行传输；

一光耦合器c，其端口1与三端口光环形器b的端口3连接，用于将三端口光环形器b端口3输出的光信号按照预设的功率比一部分送入反馈回路，一部分输出，所述的光耦合器c的端口1用于接收三端口环形器b的端口3出射的光信号，按照预设的功率比分为两部分，该功率比用于调节输出信号和送入反馈回路的光功率的比例，端口2用于将一部分光信号送入反馈回路，端口3用于将另一部分光信号输出，其中由耦合器c端口3输出的光信号是送入一个光电探测器，以产生优质的微波信号；

一光纤放大器d，其输入端与光耦合器c的端口3连接，用于接收光耦合器c送入反馈回路的光信号，并将此光信号进行放大，使得反馈强度大于放大反馈激光器a自注入锁定的阈值；

一偏振控制器e，其输入端与光纤放大器d的输出端连接，其输出端与三端口光环形器b的输入端连接，用于控制反馈回路注入回放大反馈激光器a的反馈信号的偏振状态，所述的由偏振控制器e出射的光进入三端口光环形器b的端口1，该三端口光环形器b的端口2出射的光注入到放大反馈激光器a中并接收由放大反馈激光器a出射的光，由三端口光环形器b的端口3出射的光送入光耦合器c的端口1中，该偏振控制器e用于控制反馈回路中，注入回放大反馈激光器a的反馈信号的偏振状态，使得反馈信号光的偏振状态与放大反馈激光器出射激光的偏振态相匹配，实现放大反馈激光器的自注入锁定；

其中三端口光环形器b、光耦合器c、光纤放大器d和偏振控制器e形成反馈回路，所述反馈回路中的任意节点处还包括一段单模光纤，通过调节单模光纤的长度控制反馈回路的长度。

请参阅图3，图3为有两个反馈回路的基于半导体双模激光器的双环自注入锁定优质可调谐光生微波源结构框图，第一个反馈回路是由一三端口光环形器b、一光耦合器c1、一光耦合器c2、一光纤放大器d1，一偏振控制器e1和一光耦合器c3组成的，第二个反馈回路是由一单模光纤f、一光纤放大器d2和一偏振控制器e2组成的，两个反馈回路同时注入锁定放大反馈激光器a，该光耦合器c1输出的光信号是通过一光电探测器接收，实现微波信号输出，所述的第二个反馈回路中，通过调节单模光纤f的长度，控制两个反馈回路的长度差，由于两个反馈回路所支持的模式间距不同，实现单频微波信号的输出。

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)

1.一种基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源，包括：

一放大反馈激光器，用于产生可调谐的双纵模激射；

一三端口光环形器，其端口2与放大反馈激光器连接，用于接收反馈回路的光信号传递给放大反馈激光器，同时接收放大反馈激光器产生的光信号送入反馈回路，且保证光的单行传输；

一光耦合器，其端口1与三端口光环形器的端口3连接，用于将三端口光环形器端口3输出的光信号按照预设的功率比一部分送入反馈回路，一部分输出；

一光纤放大器，其输入端与光耦合器的端口2连接，用于接收光耦合器送入反馈回路的光信号，并将此光信号进行放大，使得反馈强度大于放大反馈激光器自注入锁定的阈值；

一偏振控制器，其输入端与光纤放大器的输出端连接，其输出端与三端口光环形器的端口1连接，用于控制反馈回路注入回放大反馈激光器的反馈信号的偏振状态；

其中三端口光环形器、光耦合器、光纤放大器和偏振控制器形成反馈回路。

2.根据权利要求1所述的基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源，其中反馈回路中的任意节点处还包括一段单模光纤，通过调节单模光纤的长度控制反馈回路的长度。

3.根据权利要求1所述的基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源，其中所采用的放大反馈激光器是一种集成了DFB激光器区、相区和放大反馈区的三段式半导体双模激光器。

4.根据权利要求3所述的基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源，其中所采用的放大反馈激光器是通过调节DFB激光器区、相区和放大反馈区的注入电流，实现间距大范围可调谐的双模激光输出。

5.根据权利要求1所述的基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源，其中所述的由偏振控制器出射的光进入三端口光环形器的端口1中。

6.根据权利要求1所述的基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源，其中所述的光耦合器的端口1用于接收三端口环形器的端口3出射的光信号，按照预设的功率比分为两部分，端口2用于将一部分光信号送入反馈回路，端口3用于将另一部分光信号输出。

7.根据权利要求1所述的基于半导体双模激光器的优质可调谐光生微波源，其中由耦合器端口3输出的光信号是送入一个光电探测器，以产生优质的微波信号。