CN104934853A - 一种基于直接调制半导体双模激光器的光电振荡器 - Google Patents

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Abstract

一种基于直接调制半导体双模激光器的光电振荡器，包括：一放大反馈激光器(a)，用于产生双纵模激射；一光电探测器(b)，用于将放大反馈激光器(a)输出的光信号转化为电信号；一微波放大器(c)，用于放大光电探测器(b)探测到的电信号；一微波功分器(d)，用于将部分电信号注入回放大反馈激光器(a)，部分电信号输出；该光电振荡器，采用放大反馈激光器(a)产生双纵模，再通过光电探测器(b)将双纵模混频，转化为微波电信号，该信号通过放大后注入回放大反馈激光器(a)，对其进行直接调制，形成自反馈振荡系统，实现高质量可调谐的微波输出。

Description

一种基于直接调制半导体双模激光器的光电振荡器
技术领域
本发明涉及光电混合技术领域，特别涉及一种基于直接调制半导体双模激光器的光电振荡器。
背景技术
光电振荡器(Optoelectronic Oscillator，简称OEO)作为一种高质量的微波源已被广泛应用于通信系统，雷达系统，传感系统和光信息处理等众多领域中。传统的OEO是由光源，光调制器，储能光纤，光电探测器，微波窄带滤波器，微波放大器和微波功分器等组成的光电混合振荡回路。当回路中电信号的增益大于损耗时，位于微波窄带滤波器中心的一个回路本征模式将会在回路中形成振荡，实现微波信号的输出。一般的OEO要产生高纯度，低相位噪声的微波信号，需要一段长光纤作为延时和储能单元，提高整个回路的Q值。OEO输出的微波信号的相位噪声随着光纤长度的提升呈二次方下降。所以，提高光纤的延时长度是提升OEO输出信号质量的的一个主要途径。但是随着光纤长度的增加，腔内所支持的本征模式间距随之减小，需要带宽很窄的滤波器才能实现稳定的单频输出，而这在高频时很难实现。而且，一般的电滤波器很难实现大范围的频率调谐，使得普通的OEO只能实现单频输出，限制了其在很多方面的应用。
为了克服电滤波器在高频和调谐性能方面的缺点，近些年人们提出了一些基于光子滤波的OEO方案。这些光子滤波器主要有：基于FP激光器，基于受激布里渊散射，基于相移光纤布拉格光栅，基于主从激光注入和基于半导体双波长器的方案。其中，在专利“一种基于光子滤波的光电振荡器(申请号：201110048100.8)”中，提出一种基于半导体双波长激光器的光子滤波方案，该方案的光源和滤波器由双波长激光器同时承担，相比于 其他光子滤波器，具有系统简单，结构紧凑，频率大范围可调等优势。但是，该方案中仍需要一个外调制器。外调制器的调制带宽和调制效率将影响整个系统的性能。而且在外调制系统中微波放大器需要很高的增益，一般约60dB，才能抵消环路的损耗，形成振荡。
因此，目前一个迫切的问题就是：提高调制效率，降低振荡阈值，解决由于外调制导致的基于双模激光器光子滤波的OEO方案在实际应用中的不足，提出结构紧凑，方法简单，高集成度，低振荡阈值，宽带可调的OEO方案。
发明内容
本发明的目的在于克服基于双模激光器光子滤波OEO方案在调制效率，振荡阈值方面的不足，提出一种基于直接调制半导体双模激光器的结构简单，低振荡阈值的光电振荡器。
本发明的有益效果是：采用直接调制半导体双模激光器代替传统OEO中的光源，光调制器，微波窄带滤波器，实现一种结构简单，集成度高，低振荡阈值的光电振荡器。这种方案的振荡回路中，无需外调制器和窄带滤波器，而且振荡阈值低，从而解决的外调制器的带宽、调制效率，窄带滤波器带宽、支持频率以及放大器放大倍数对振荡器振荡频率，调谐范围的限制，具有集成度高，结构紧凑，稳定性好，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为一种基于直接调制半导体双模激光器的光电振荡器的结构框图；
图2放大反馈激光器的结构示意图；
图3为一种基于直接调制半导体双模激光器的双环电振荡器的结构框图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明提供一种基于直接调制半导体双模激光器的光电振荡器，包括：
一放大反馈激光器(a)，该放大反馈激光器(a)为一种多段式半导体激光器，其结构如图2所示，包括激光器区，相区和放大反馈区。该放大反馈激光器(a)用于产生双纵模激射，同时通过调整放大反馈激光器的激光器区，相区和放大反馈区的注入电流来调节光电振荡器的振荡频率，从而实现大范围连续可调谐的高质量微波信号输出；
一光电探测器(b)，用于接收放大反馈激光器(a)产生的光信号，并将其转化为电信号；
一微波放大器(c)，用于接收光电探测器(b)产生的电信号，并将其放大，使光电振荡器系统的增益大于振荡阈值，形成微波振荡；
一微波功分器(d)，用于接收微波放大器(c)放大后的电信号，并按照预设功率比将部分电信号注入回放大反馈激光器(a)，对放大反馈激光器(a)进行直接调制，部分电信号输出。
上述的光电振荡器，其振荡回路的长度可以通过在回路中放大反馈激光器(a)和光电探测器(b)之间加入一段单模光纤进行调节。通过调节振荡回路的长度，可以优化回路的Q值，实现更高质量的微波信号输出。
请参阅图3，一种基于直接调制半导体双模激光器的双环电振荡器的结构框图，包括：
一放大反馈激光器(AFL)，该放大反馈激光器(AFL)为一种多段式半导体激光器，其结构如图2所示，包括激光器区，相区和放大反馈区。该放大反馈激光器(AFL)用于产生双纵模激射，同时通过调节放大反馈激光器(AFL)的激光器区，相区和放大反馈区的注入电流，可以大范围连续调节放大反馈激光器(AFL)发射激光的双模间距，从而调节光电振荡器的振荡频率，进而实现大范围连续可调谐的高质量微波信号输出；
一三端口光环形器(Circulator)，该三端口环形器(Circulator)的1端口用于接收光反馈回路1的光信号，2端口用于将接收到的反馈回路的光信号传递给放大反馈激光器(AFL)，并同时接收放大反馈激光器(AFL)产生的光信号，3端口用于将接收到的放大反馈激光器(AFL)产生的光信号送入光反馈回路1和光电振荡回路2。该三端口环形器(b)保证光反馈回路1 和光电振荡回路2中的光信号只能按照上述方向单行传输；
一光耦合器(OC)，该光耦合器(OC)用于接受三端口光环形器(Circulator)的3端口输出的光信号，并按照预设的功率比分为两部分，一部分光功率送入光反馈回路1，另一部分光功率送入光电振荡回路2；
一单模光纤(SMF1)，该单模光纤(SMF)接入光反馈回路1中，用于使光反馈回路1和光电振荡回路2产生光程差，以实现边模压制效果。该单模光纤的长度从10米到10公里不等；
一可调光衰减器(VOA)，该可调光衰减器(VOA)用于控制光反馈回路1中注入回放大反馈激光器(AFL)的光功率，使放大反馈激光器(AFL)实现更好的注入锁定效果；
一偏振控制器(PC)，该偏振控制器(PC)用于控制光反馈回路1注入回放大反馈激光器(AFL)的反馈信号的偏振状态，进而使反馈信号的偏振状态与放大反馈激光器(AFL)匹配，进而能够实现放大反馈激光器(AFL)的注入锁定；
一单模光纤(SMF2)，该单模光纤(SMF)接入光电振荡回路2中，用于使光反馈回路1和光电振荡回路2产生光程差，以实现边模压制效果。该单模光纤的长度从10米到10公里不等；
一光电探测器(PD)，用于接收光耦合器(OC)送入光电振荡回路2的光信号，并将其转化为电信号；
一微波放大器(FA)，用于接收光电探测器(PD)产生的电信号，并将其按照预定的放大倍数进行放大，使整个光电振荡器系统的微波增益大于振荡阈值，形成微波振荡；
一微波功分器(EC)，其端口1用于接收微波放大器(FA)放大后的电信号，并按照预设功率比将部分电信号(端口2)注入回放大反馈激光器(AFL)，对放大反馈激光器(a)进行直接调制，部分电信号(端口3)输出。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种基于直接调制半导体双模激光器的光电振荡器，包括：
一放大反馈激光器(a)，是集成了激光器区、相区和放大反馈区的三段式半导体双模激光器，用于产生双纵模激射，同时通过调整放大反馈激光器的激光器区，相区和放大反馈区的注入电流来调节光电振荡器的振荡频率；
一光电探测器(b)，用于接收放大反馈激光器(a)产生的光信号，并将其转化为电信号；
一微波放大器(c)，用于接收光电探测器(b)产生的电信号，并将其放大，使光电振荡器系统的增益大于振荡阈值；
一微波功分器(d)，用于接收微波放大器(c)放大后的电信号，并按照预设功率比将部分电信号注入回放大反馈激光器(a)，对放大反馈激光器(a)进行直接调制，部分电信号输出。
2.根据权利要求1所述的基于直接调制半导体双模激光器的光电振荡器，其振荡回路的Q值可以通过在回路中放大反馈激光器(a)和光电探测器(b)之间加入一段单模光纤或采用高Q值光学谐振腔进行提升。
3.根据权利要求1所述的基于直接调制半导体双模激光器的光电振荡器，其中所采用的放大反馈激光器(a)可以通过调节激光器区、相区和放大反馈区的注入电流，实现双模间距大范围可调谐的激光输出。
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