CN113964639B - 一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置 - Google Patents

一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113964639B
CN113964639B CN202111216967.XA CN202111216967A CN113964639B CN 113964639 B CN113964639 B CN 113964639B CN 202111216967 A CN202111216967 A CN 202111216967A CN 113964639 B CN113964639 B CN 113964639B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
optical
brillouin
photon
silicon nitride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111216967.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113964639A (zh
Inventor
蒲剑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan Bowei Technology Co ltd
Original Assignee
Sichuan Bowei Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan Bowei Technology Co ltd filed Critical Sichuan Bowei Technology Co ltd
Priority to CN202310157630.9A priority Critical patent/CN116093732A/zh
Priority to CN202111216967.XA priority patent/CN113964639B/zh
Priority to CN202310157633.2A priority patent/CN116316036A/zh
Publication of CN113964639A publication Critical patent/CN113964639A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113964639B publication Critical patent/CN113964639B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0085—Modulating the output, i.e. the laser beam is modulated outside the laser cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1305—Feedback control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，包括：控制模块；可调波长激光器；光放大器；光环形器，第一端口接收放大后的泵浦激光；氮化硅微环腔在腔体内部激发布里渊激光后连同反射的泵浦激光通过光输入端输出混合激光至光环形器的第二端口；光极化分束器；光子滤波模块，接收光极化分束器的布里渊激光后选择对应频率间隔后输出过滤后的光子信号；第一光探测器；氮化硅微环腔通过控制模块对可调波长激光器的调谐实现布里渊激光二次泵浦形成克尔光频梳。本发明通过产生正交极化模式受激布里渊激光二次泵浦形成克尔光频梳，对光频梳的特定梳齿间隔光波进行过滤，过滤后的光波信号进行拍频，得到需要的微波信号输出。

Description

一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生 装置
技术领域
本发明涉及微波领域，尤其涉及涉及一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置。
背景技术
现代雷达、微波通信系统都需要发射、接收微波信号，在发射机和接收机中都会用到微波本振信号源，在发射通道方向一般发射信号与本振信号混频后再经功率放大后发射出去，在接收通道一般接收信号与本振信号混频后得到中频信号后再进行检波处理提取需要的信息，因而现代雷达、微波通信系统中微波本振信号源必不可少，产生高频谱纯度、低相噪的本振信号一直是现代雷达、通信系统的一个追求目标。
一般来说，微波振荡器产生的微波信号的质量决定于振荡腔的储能性能，要产生高质量的微波信号，必须要有高Q值和低损耗的储能单元。当前的微波振荡器大多基于电子学(如电介质振荡器)和声学(如晶体振荡器)储能元件。这些元件在GHz以上频率工作时，储能特性会有较严重的下降，所产生的高频微波的相位噪声和频谱纯度也会变差。
为了满足微波领域中高频、超宽带信号的产生、传输和处理的需求，微波光子学利用光子技术大带宽、抗电磁干扰的优势，生成和处理微波射频信号，能产生几GHz甚至上百GHz的高频谱纯度、低相噪信号，在微波/毫米波频段表现出了特有的技术优势，具有优良的相位噪声性能。
光学微腔如传统的法布里-珀罗(F-P)腔，以及全固态的介质回音壁模式微腔，具有稳定的高Q谐振模式，通过连续波泵浦激光器与高Q微腔结合，这种新型的光子微波技术可以用于产生高质量的微波信号，当前已有如美国OEwaves公司利用窄线宽输出的DFB激光器和氟化镁晶体回音壁模式谐振腔结合，实现Ka波段35GHz频率输出的OEO光电振荡器产品，也发布了利用氟化镁晶体回音壁模式谐振腔的克尔非线性效应，使用DFB激光器泵浦激励产生克尔光频梳，通过光频梳信号进行拍频得到超低相位噪声的10GHz微波信号输出。
当前应用这类光学微腔产生微波信号的光子微波方案，主要问题是光学微腔如F-P腔尺寸较大，不易集成，高反射率的腔镜造价高、组装要求高；而氟化镁、硅基等介质材料的回音壁模式谐振腔，同样存在加工困难，加工设备精度要求特别高，此外还有光学组装调试困难，生产工艺复杂等问题，这一类的光子微波技术产生高质量微波信号输出，为了提高系统的稳定性，需要对DFB激光器进行反向自注入锁定，要求谐振腔反射光具有特别的光学模场和相位匹配，导致调试和组装工艺复杂，这些都严重增加了这类技术方案的大规模应用难度。
随着近年来硅基集成光子学的发展，基于氮化硅波导的微环腔设计越来越引起人们的重视，也对基于氮化硅的直通环形波导微环腔的克尔非线性效应进行了比较多的研究，也有相关的基于氮化硅微环腔激发克尔光频梳后经拍频后产生10GHz微波信号方案发布，但仍存在较大的技术问题，如需要大功率的通信波段激光信号泵浦激励，而大功率的DFB激光器噪声性能差，泵浦激光器的输出光噪声性能会对最终的拍频微波信号有直接的影响，导致系统难以获得相噪性能较好的微波信号输出；再就是基于氮化硅微环腔的克尔效应孤子输出过程中，泵浦激光需要进行失谐调整，当实现克尔光频梳单孤子态下泵浦光进行红失谐激励时，微环腔实际是处于热不稳定态，系统并不能获得较稳定的长期工作状态。
为此，有的提出了采用激光器辅助加热的方案，在泵浦产生克尔光频梳的泵浦激光器外，再加一个辅助激光器，在泵浦激光器注入微环腔传输方向的相反方向注入到微环腔中，通过对泵浦激光器红失谐波长位置、以及辅助激光器蓝失谐波长位置的精准控制，实现微环腔在克尔光频梳单孤子态时热平衡的控制和调整，避免克尔光频梳单孤子态下的热不稳定，以实现氮化硅微环腔在克尔光频梳单孤子态下稳定长期工作，但增加一个激光器注入激光到微环腔进行辅助加热后，系统需要同时有两路激光进行实时控制，增加了系统控制难度和系统复杂度，因而该方案目前没有看到相关得到实际应用的报道。
据最新研究报道，基于光纤微腔，通过泵浦激光注入激发产生布里渊激光，布里渊激光具有超窄的线宽和非常低的噪声，使用该布里渊激光再作为泵浦光对微腔进行激励产生克尔光频梳，该方案好处是使用布里渊激光来泵浦激发克尔光频梳，这样避免了初始大功率激光泵浦注入带来的较高的噪声水平影响，对于光子微波技术来说是一个较大的进步，但该方案使用的基于光纤F-P微腔技术，通过对光纤F-P微腔在外面进行加压来调整光纤材料内部的应力，实现微腔谐振频率参数的调整，该方案的光纤微腔对外界应力敏感，系统稳定性不高，参数调整过程复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的第一方面，提供一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，包括：
控制模块；
可调波长激光器，接收控制模块命令输出相应波长和功率的泵浦激光；
光放大器，对所述泵浦激光进行放大；
光环形器，第一端口用于接收放大后的泵浦激光；
氮化硅微环腔，光输入端通过光环形器的第二端口接收泵浦激光，在腔体内部激发布里渊激光后连同反射的泵浦激光通过光输入端输出混合激光至光环形器的第二端口；
光极化分束器，接收光环形器的第三端口输出的混合激光，并对混合激光中的泵浦激光过滤后输出分束后的布里渊激光；
光子滤波模块，接收光极化分束器的布里渊激光后选择对应频率间隔后输出过滤后的光子信号；
第一光探测器，接收所述光子信号经拍频后输出微波信号；
所述氮化硅微环腔在耦合输入泵浦激光下产生谐振光并在微环腔内激发正交极化的布里渊激光作为二次泵浦光形成克尔光频梳。
进一步地，所述布里渊激光和泵浦激光为正交极化的两路激光信号；其中布里渊激光为TM模式、所述泵浦激光为TE模式，或者布里渊激光为TE模式、所述泵浦激光为TM模式。
进一步地，控制模块对可调波长激光器的控制，包括：
初始设置输入泵浦激光波长位于氮化硅微环腔TE模式极化光子对应谐振峰波长的蓝失谐处，逐渐加大波长蓝移使得泵浦激光靠近谐振峰，输入泵浦激光耦合进入到氮化硅微环腔中谐振，谐振功率逐渐加大，氮化硅微环腔中谐振光激发的正交极化TM模式的布里渊激光；
控制模块进一步调整泵浦激光波长蓝移速度和光功率，直到出现克尔光频梳状态，继续蓝移微调输入泵浦激光，二次泵浦激光受激布里渊激光将从TM模式谐振峰波长红失谐位置红移，逐渐离开氮化硅微环腔的谐振峰，氮化硅微环腔中激励的克尔光频梳功率将呈台阶状下降，直到获得需要的孤子态光频梳输出，获得光梳齿间隔稳定。
进一步地，所述的微波发生装置还包括下述光探测器中的一个或者多个：
第二光探测器，输入端与氮化硅微环腔的穿通输出端口连接，输出端与控制模块连接，监测泵浦激光的工作状态；
第三光探测器，输入端与氮化硅微环腔的下路输出端口连接，输出端与控制模块连接，监测与氮化硅微环腔中谐振光的工作状态；
第四光探测器，输入端与位于光极化分束器和光子滤波模块之间的光分路器连接，输出端与控制器连接，用于监控微环腔内的克尔光频梳工作状态。
进一步地，所述第二光探测器和第三光探测器配合初始设置中泵浦激光过程的调控；所述第四光探测器配合进一步调整泵浦激光过程的调控。
进一步地，所述光子滤波模块包括一个独立的具有谱线间隔FSR滤波的光子滤波器，所述光子滤波器对正交模式布里渊激光克尔光频梳信号进行过滤；FSR滤波＝M×FSR布里渊，M为整数，FSR布里渊为氮化硅微环腔的谐振峰谱线间隔。
进一步地，所述光子滤波模块包括一个光分路器、第一光子滤波器、第二光子滤波器、一个光合路器，光分路器接收光极化分束器的激光并进行50：50分路成为两路光，分别进入到第一光子滤波器、第二光子滤波器中，根据所需波段微波信号，选择对应的克尔光频梳梳齿光子信号，两路光子信号经光合波后输入到第一光探测器中；
其中，第一光子滤波器和第二光子滤波器的谱线间隔FSR滤波较大且需要大于第一光探测器的信号响应带宽，并且FSR滤波不与克尔光频梳的FSR布里渊成整数倍关系。
进一步地，TE模式下的激光和TM模式下的激光，在氮化硅微环腔中的谐振峰值频率按照自由谱间隔FSR布里渊GHz间隔分布，为n*FSR布里渊个谐振峰值分布，n为整数，正交极化TE模式激光和TM模式激光的谐振峰值频率略有间隔差距，其差值为ΔυMHz；
基于氮化硅微环腔中泵浦光激发布里渊激光频率偏移量为fΔSBL，设计氮化硅微环腔的FSR布里渊值为(fΔSBL+Δυ)＝m*FSR布里渊，m为整数；基于此FSR布里渊值按照公式FSR＝Δλ＝λ2/ngL来设计氮化硅微环腔大小，其中λ为光波长，ng为波导的群折射率，L为光学微腔的长度即氮化硅微环腔的长度。
进一步地，在确定FSR布里渊后，设计布里渊增益区波长与TM极化光子梳齿间隔FSR布里渊氮化硅微环腔谐振峰重叠，并且设计布里渊增益区波长的峰值位于谐振峰波长稍稍偏红失谐位置，按照布里渊频移fΔSBL值选择对应TE极化光子作为输入泵浦光中心波长；通过色散工程设计，优化TM模式极化光子在BGS波长区域为异常色散。
进一步地，所述可调波长激光器为1550nm通信波段激光器，所述光子滤波模块得到的光子信号为Ka波段，所述m为4，fΔSBL的值为11，M为12或13。
本发明的有益效果是：
(1)在本发明的一示例性实施例中，基于氮化硅微环腔通过产生正交极化模式受激布里渊激光二次泵浦形成克尔光频梳，对光频梳的特定梳齿间隔光波进行过滤，过滤后的光波信号进行拍频，得到需要的微波信号输出；其中，使用输入激光信号泵浦氮化硅微腔产生受激布里渊激光，产生的布里渊激光线宽窄，噪声低，作为二次泵浦光产生克尔光频梳，可有效隔离降低输入泵浦激光信号转换带来的噪声影响，可有效提高拍频光产生微波信号的频谱纯度，获得超低相噪微波信号；同时，使用正交极化模式受激布里渊激光二次泵浦形成克尔光频梳信号，利用极化光束分离器，将输入泵浦激光信号与正交极化模式克尔光频梳信号进行分离，可有效降低输入泵浦激光信号带来的幅度、噪声等不稳定影响，可有效提高拍频光产生微波信号的频谱纯度，获得超低相噪微波信号。
(2)在本发明的又一示例性实施例中，输入泵浦激光输入时，首先从TE模式极化光子对应谐振峰波长蓝失谐处进入逐渐蓝移，而激发的二次泵浦的布里渊激光位于TM模式极化光子的红失谐位置，初始时微腔中光生热量主要由TM模式极化光子的布里渊激光贡献，随着输入泵浦光持续蓝移下光频梳形成并向孤子态演讲布里渊激光也会逐渐红移离开微腔谐振峰值，会导致微腔中热量降低，这时输入泵浦光蓝移靠近对应的TE模式极化光子谐振峰，可以补偿布里渊激光SBL红移导致的腔内热量降低，从而克服传统氮化硅微环腔克尔光频梳红失谐下热不稳定现象，实现布里渊克尔光频梳稳定运行。
(3)在本发明的又一示例性实施例中，本发明使用具有谱线间隔FSR滤波的光子滤波器，对正交模式布里渊激光克尔光频梳信号进行过滤，氮化硅微环腔谱线间隔FSR布里渊的光梳齿间隔较小，FSR滤波的间隔较大，设计选择FSR滤波＝M×FSR布里渊(M为整数)＝Ka波段微波频率，可有效减少拍频光子数量，可有效降低杂散信号产生获得高频谱纯度微波信号。
(4)在本发明的又一示例性实施例中，布里渊辐射光频移量为fΔSBL，氮化硅微腔中正交极化模式(TM与TE)的光谐振峰频率差为Δυ，氮化硅微腔设计选择谐振谱线间隔为FSR布里渊，按照(fΔSBL+Δυ)＝m*FSR布里渊，m＝1.2.3.4..m为整数，m选择大一些，谱线间隔小，布里渊辐射增益区与微环腔谐振中心波长重叠容易误差小，但谱线间隔小会带来光子过滤获得单根光子梳齿谱线困难，光生微波信号杂散信号可能会增加，带来微波信号频谱纯度下降，因而这里设计m值，需要综合考虑，一般根据所需例如Ka波段微波信号频率，优先选择m＝4或者6等，需要根据具体应用需求灵活调整。
(5)在本发明的又一示例性实施例中，基于氮化硅微环腔，按照(fΔSBL+Δυ)＝m*FSR布里渊，m＝1.2.3.4..m为整数，确定微环腔设计FSR布里渊，设计布里渊增益区波长(BGS)与TM极化光子梳齿间隔FSR布里渊微环腔谐振峰重叠并且设计BGS峰值位于谐振峰波长稍稍偏红失谐位置，按照布里渊频移fΔSBL值选择对应TE极化光子作为输入泵浦光中心波长。通过色散工程设计，优化TM模式极化光子在BGS波长区域为异常色散，便于TM模式下该波长区域能优化激励产生克尔光频梳。
(6)在本发明的又一示例性实施例中，由控制模块下发命令对输入泵浦激光器进行波长变化和功率变化的控制，通过对微环腔谐振光状态监控、对光频梳输出状态监控，通过大数据分析和查表分析，得到优化的输入泵浦光驱动控制，实现本发明的正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的稳定运行，并得到通过光信号拍频产生的超低相噪微波信号。
附图说明
图1为本发明一示例性实施例中提供的一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置的连接结构示意图；
图2为本发明一示例性实施例中提供的其中一种光子滤波模块的示意图；
图3为本发明一示例性实施例中提供的另外一种光子滤波模块的示意图；
图4为本发明一示例性实施例中提供的正交极化模式布里渊激光克尔光频梳原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
参见图1，图1示出了本发明的一示例性实施例提供一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，包括：
控制模块；
可调波长激光器，接收控制模块命令输出相应波长和功率的泵浦激光；
光放大器，对所述泵浦激光进行放大；
光环形器，第一端口用于接收放大后的泵浦激光；
氮化硅微环腔，光输入端通过光环形器的第二端口接收泵浦激光，在腔体内部激发布里渊激光后连同反射的泵浦激光通过光输入端输出混合激光至光环形器的第二端口；
光极化分束器，接收光环形器的第三端口输出的混合激光，并对混合激光中的泵浦激光过滤后输出分束后的布里渊激光；
光子滤波模块，接收光极化分束器的布里渊激光后选择对应频率间隔后输出过滤后的光子信号；
第一光探测器，接收所述光子信号经拍频后输出微波信号；
所述氮化硅微环腔在耦合输入泵浦激光下产生谐振光并在微环腔内激发正交极化的布里渊激光作为二次泵浦光形成克尔光频梳。
具体地，在该示例性实施例中，可调波长激光器，按照控制模块命令输出相应波长和功率的激光，该激光信号经光放大后输入到光环形器的第一端口，再经环形器的第二端口输出进入到氮化硅(Si3N4)微环腔中作为输入泵浦激光信号，氮化硅微环腔中谐振光激发的正交极化的布里渊激光(TM模式或TE模式，下述示例性实施例进行阐述)，在氮化硅微环腔中以反射光方式与输入泵浦激光传输方向相反方向，从氮化硅微环腔端口输出进入到光环形器的第二端口，再经光环形器的第三端口输出，光环形器的第三端口输出输出光信号中包含有正交极化的TE、TM模式极化光子，经过光极化分束器后，将输入泵浦激光相关的光子信号过滤掉，只有布里渊激光相关的极化光子输出；选择设计对应频率间隔的光子滤波器，将克尔光频梳中相关梳齿间隔的光子信号过滤出来得到两路或者多路谱线间隔相等的光子信号，再将该过滤后的光子信号输入到第一光探测器中，经拍频后由第一光探测器输出微波信号，从而获得所需超低相噪微波信号。
之后，控制模块进行波长和功率的泵浦激光调控后进行二次泵浦，直到氮化硅微环腔出现克尔光频梳状态。
在该示例性实施例中，基于氮化硅微环腔，通过产生正交极化模式受激布里渊激光二次泵浦形成克尔光频梳，对光频梳的特定梳齿间隔光波进行过滤，过滤后的光波信号进行拍频，得到需要的微波信号输出；其中，使用输入激光信号泵浦氮化硅微腔产生受激布里渊激光，产生的布里渊激光线宽窄，噪声低，作为二次泵浦产生克尔光频梳，可有效隔离降低输入泵浦激光信号转换带来的噪声影响，可有效提高拍频光产生微波信号的频谱纯度，获得超低相噪微波信号；同时，使用正交极化模式受激布里渊激光二次泵浦形成克尔光频梳信号，利用极化光束分离器，将输入泵浦激光信号与正交极化模式克尔光频梳信号进行分离，可有效降低输入泵浦激光信号带来的幅度、噪声等不稳定影响，可有效提高拍频光产生微波信号的频谱纯度，获得超低相噪微波信号。
另外，本发明基于氮化硅微环腔，由控制模块下发命令对输入泵浦激光器进行波长变化和功率变化的控制，通过对氮化硅微环腔谐振光状态监控、对光频梳输出状态监控，通过大数据分析和查表分析，得到优化的输入泵浦光驱动控制，实现本发明的正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的稳定运行，并得到通过光信号拍频产生的超低相噪微波信号。
需要说明的是，在一示例性实施例中，所述布里渊激光和泵浦激光为正交极化的两路激光信号；其中布里渊激光为TM模式、所述泵浦激光为TE模式，或者布里渊激光为TE模式、所述泵浦激光为TM模式。而在下述示例性实施例中，以布里渊激光为TM模式、所述泵浦激光为TE模式进行说明。
更优地，在一示例性实施例中，控制模块对可调波长激光器的控制(即一次泵浦和二次泵浦)，包括：
一次泵浦：可调波长激光器，按照控制模块命令输出相应波长和功率的激光，该激光信号经光放大后输入到光环形器的第一端口，再经环形器的第二端口输出进入到氮化硅(Si3N4)微环腔中作为输入泵浦激光信号，初始设置输入泵浦激光波长位于氮化硅微环腔TE模式极化光子对应谐振峰波长的蓝失谐处，逐渐加大波长蓝移使得泵浦激光靠近谐振峰，输入泵浦激光耦合进入到氮化硅微环腔中谐振，谐振功率逐渐加大(在一示例性实施例中，所述的微波发生装置还包括下述光探测器中的一个或者多个：如图1所示，第二光探测器，输入端与氮化硅微环腔的穿通输出端口连接，输出端与控制模块连接，监测泵浦激光的工作状态；第三光探测器，输入端与氮化硅微环腔的下路输出端口连接，输出端与控制模块连接，监测与氮化硅微环腔中谐振光的工作状态；第二光探测器和第三光探测器配合初始设置中泵浦激光过程的调控)，氮化硅微环腔中谐振光激发的正交极化TM模式的布里渊激光；在氮化硅微环腔中以反射光方式与输入泵浦激光传输方向相反方向，从氮化硅微环腔端口输出进入到光环形器的第二端口，再经光环形器的第三端口输出，光环形器的第三端口输出输出光信号中包含有正交极化的TE、TM模式极化光子，经过光极化分束器后，将输入泵浦激光相关的光子信号过滤掉，只有布里渊激光相关的TM模式极化光子输出。
二次泵浦：控制模块进一步调整泵浦激光波长蓝移速度和光功率(在一示例性实施例中，所述的微波发生装置还包括下述光探测器中的一个或者多个：如图1所示，第四光探测器，输入端与位于光极化分束器和光子滤波模块之间的光分路器(90：10分路器)连接，输出端与控制器连接，用于监控微环腔内的克尔光频梳工作状态，所述第四光探测器配合进一步调整泵浦激光过程的调控；在此步骤中通过第四光探测器监测交叉极化TM模式的受激布里渊激光状态)，直到出现克尔光频梳状态(可以通过预设的经验时间监控，或者优选示例性实施例中的第四光探测器监测)，继续蓝移微调输入泵浦激光，二次泵浦激光受激布里渊激光将从TM模式谐振峰波长红失谐位置红移，逐渐离开氮化硅微环腔的谐振峰，氮化硅微环腔中激励的克尔光频梳功率将呈台阶状下降，直到获得需要的孤子态光频梳输出，获得光梳齿间隔稳定，这时由于输入泵浦光逐渐蓝移更多的光子耦合进入微环腔中，因而得以补偿受激布里渊SBL光红移离开而导致的腔中光致发热减少，使得微环腔中光致发热维持在一个较稳定的延续状态中，不会发生传统氮化硅微环腔的克尔光频梳孤子态下，泵浦光红失谐状态腔内光功率快速下降发热减少，出现热不稳定态。通过控制模块的精细控制，实时接收和分析各个光探测器反馈的微环腔内光谐振和克尔光频梳输出状态，实现本发明的正交极化模式布里渊激光克尔光频梳光子微波发生装置稳定运行。
具体地，在该示例性实施例中，输入泵浦激光输入时，首先从TE模式极化光子对应谐振峰波长蓝失谐处进入逐渐蓝移，而激发的二次泵浦的布里渊激光位于TM模式极化光子的红失谐位置，初始时微腔中光生热量主要由TM模式极化光子的布里渊激光贡献，随着输入泵浦光持续蓝移下光频梳形成并向孤子态演讲布里渊激光也会逐渐红移离开微腔谐振峰值，会导致微腔中热量降低，这时输入泵浦光蓝移靠近对应的TE模式极化光子谐振峰，可以补偿SBL红移导致的腔内热量降低，从而克服传统氮化硅微环腔克尔光频梳红失谐下热不稳定现象，实现布里渊克尔光频梳稳定运行。
更优地，在一示例性实施例中，TE模式下的激光和TM模式下的激光，在氮化硅微环腔中的谐振峰值频率按照自由谱间隔FSR布里渊GHz间隔分布，为n*FSR布里渊个谐振峰值分布，n为整数，正交极化TE模式激光和TM模式激光的谐振峰值频率略有间隔差距，其差值为ΔυMHz；
基于氮化硅微环腔中泵浦光激发布里渊激光频率偏移量为fΔSBL，设计氮化硅微环腔的FSR布里渊值为(fΔSBL+Δυ)＝m*FSR布里渊，m为整数；基于此FSR布里渊值按照公式FSR＝Δλ＝λ2/ngL来设计氮化硅微环腔大小，其中λ为光波长，ng为波导的群折射率，L为光学微腔的长度即氮化硅微环腔的长度。
更为具体地，对于氮化硅微环腔本身，泵浦光经光环形器2端输出后进入到氮化硅微环腔中，该微环腔为双跑道上下路型环形腔结构，有一个光输入端、一个光穿通输出端和一个光下路输出端，具有一定功率的输入泵浦光耦合进入到微环腔中谐振会激励产生正交极化的两路极化光子，正交极化的两路光子为TE模式、TM模式，TE模式和TM模式光子在微环谐振腔中的谐振峰值频率按照FSR布里渊(自由谱间隔)GHz间隔分布，为n*FSR布里渊(n为整数)个谐振峰值分布，正交极化TE模式和TM模式光子的谐振峰值频率略有间隔差距其差值为ΔυMHz，本发明装置中输入泵浦光、布里渊激光(SBL)分别对应正交极化的两路光子信号，为简化描述，这里假定设置输入泵浦光极化方向对准TE模式极化光子传输，经微环谐振腔激发的布里渊光(SBL)对准正交极化TM模式极化光子传输，依据布里渊激光工作原理，基于氮化硅的微环腔中泵浦光激发布里渊激光频率偏移量约为fΔSBL＝11GHz，设计微环腔的FSR值为(fΔSBL+Δυ)＝m*FSR，m＝1.2.3.4..m为整数，为简化描述，这里取m＝4，FSR＝((Δυ/4)+2.75)GHz基于此FSR值按照公式FSR布里渊＝Δλ＝λ2/ngL来设计微环腔大小，并对氮化硅微环腔进行专门的色散工程设计，使得在1550nm波段的对应SBL波长处其正交极化TM模式光子具有优化设计的异常色散，将泵浦光激发的布里渊辐射增益区频谱范围(BGS)与异常色散区的TM模式光子的谐振峰值频率靠近重叠，按照(4*FSR布里渊-Δυ)间隔选择该处对应的TE模式光子的谐振峰频率值，将其选择作为输入泵浦光频率，如图4所示(图中，SBL表示布里渊激光)。其中，m选择大一些，谱线间隔小，布里渊辐射增益区与微环腔谐振中心波长重叠实现容易且误差较小，但谱线间隔小会带来光子过滤获得单根光子梳齿谱线困难，光生微波信号杂散信号可能会增加，导致光生微波信号频谱纯度下降，因而这里设计m值，需要综合考虑，一般根据所需例如Ka波段微波信号频率，优先选择m＝4或者6等，需要根据具体应用需求灵活调整。
按照氮化硅微环腔克尔光频梳形成机制，通过控制模块对泵浦激光调整输出光功率和光波长，当泵浦光功率超过布里渊辐射阈值后在腔内激励产生布里渊激光，继续增大泵浦功率，并设置初始输入泵浦光波长位于对应TE模式相关谐振峰值波长的蓝失谐处，并逐渐蓝移改变泵浦光波长向谐振峰值靠近，这时初始设置位于对应相关TM模式光子谐振峰波长红失谐处的布里渊激光成为克尔光频梳的泵浦光，该布里渊激光的光功率将逐渐加大当超过克尔光频梳激励阈值时会出现TM模式光子的克尔光频梳，其梳齿间隔为k*FSR布里渊(k＝1.2.3.4…整数)，当进一步调整输入泵浦光蓝移靠近谐振峰时，作为次级泵浦的布里渊激光SBL光波长也将跟随移动，并逐渐在红失谐位置红移离开对应TM模式的谐振峰值，并随之出现台阶状态的克尔光频梳腔内功率变化，最终形成梳齿间隔为1*FSR的克尔光频梳单孤子态，维持泵浦光功率和波长不变，系统将保持在克尔光频梳单孤子态下持续稳定工作。
输入泵浦光与对应的TE模式光子谐振峰波长处于蓝失谐位置，作为次级泵浦的布里渊激光与对应的TM模式光子谐振峰波长处于红失谐位置，当泵浦光蓝移逐渐激励布里渊激光产生克尔光频梳初始态时，腔内的光致发热以次级泵浦的布里渊激光为主，持续蓝移泵浦光下，布里渊激光将红移离开谐振峰，使得腔内光致发热降低，这时克尔孤子态形成，由于有泵浦光经蓝失谐位置持续进入谐振腔，使得腔内的总发热量得以维持不会发生大的下降突变，由此可以得到长时间的克尔孤子态稳定工作。
因此，在该示例性实施例中，布里渊辐射光频移量为fΔSBL，氮化硅微腔中正交极化模式(TM与TE)的光谐振峰频率差为Δυ，氮化硅微腔设计选择谐振谱线间隔为FSR布里渊，按照(fΔSBL+Δυ)＝m*FSR布里渊，m＝1.2.3.4..m为整数，m选择大一些，谱线间隔小，布里渊辐射增益区与微环腔谐振中心波长重叠容易误差小，但谱线间隔小会带来光子过滤获得单根光子梳齿谱线困难，光生微波信号杂散信号可能会增加，带来微波信号频谱纯度下降，因而这里设计m值，需要综合考虑，一般根据所需例如Ka波段微波信号频率，优先选择m＝4或者6等，需要根据具体应用需求灵活调整。
更优地，在一示例性实施例中，如图2所示，所述光子滤波模块包括一个独立的具有谱线间隔FSR滤波的光子滤波器，所述光子滤波器对正交模式布里渊激光克尔光频梳信号进行过滤；FSR滤波＝M×FSR布里渊，M为整数，FSR布里渊为氮化硅微环腔的谐振峰谱线间隔。
在该示例性实施例中，氮化硅微环腔谱线间隔FSR布里渊的光梳齿间隔较小，FSR滤波的间隔较大，设计选择FSR滤波＝M×FSR布里渊(M为整数)＝Ka波段微波频率，可有效减少拍频光数量，可有效降低杂散信号，可产生获得高频谱纯度微波信号。
例如，光子滤波器根据实际需要的微波频率RF，按照RF＝p*FSR滤波例如想得到Ka波段微波信号输出，按照本发明方案举例的FSR＝((Δυ/4)+2.75)GHz，约为2.81GHz，得到光子滤波器FSR滤波＝13*2.81＝36.53GHz或者FSR滤波＝12*2.81＝33.72GHz，按照公式FSR＝Δλ＝λ2/ngL来设计优化光子微腔滤波器，将该光子滤波器的两个连续的间隔FSR滤波通道与布里渊克尔光频梳输出的第0#光梳齿、第12#/或者第13#光梳齿对齐，就可以过滤出所需要的波长间隔的两路光信号或者多路光信号，这两路或者多路间隔为FSR滤波的光信号进入到高速探测器PD1中，经高速探测器拍频后得到所需的微波信号，输出FSR滤波＝12*2.81＝33.72GHz或者FSR滤波＝13*2.81＝36.53GHz的微波信号；该光子滤波器考虑到光子中心波长的对准调试，使用TEC温控模块对其进行温度调整控制，以微调适应光子滤波器的中心波长与光子频梳之间的频率对准。
更优地，在一示例性实施例中，如图3所示，所述光子滤波模块包括一个光分路器、第一光子滤波器、第二光子滤波器、一个光合路器，光分路器接收光极化分束器的激光并进行50：50分路成为两路光，分别进入到第一光子滤波器、第二光子滤波器中，根据所需波段微波信号(比如Ka波段)，选择对应的克尔光频梳梳齿光子信号(如将光子滤波器1中心波长对准克尔光频梳的0#梳齿，光子滤波器2中心波长对准克尔光频梳的12#梳齿)，两路光子信号经光合波后输入到第一光探测器中；
其中，第一光子滤波器和第二光子滤波器的谱线间隔FSR滤波较大且需要大于第一光探测器的信号响应带宽，并且FSR滤波不与克尔光频梳的FSR布里渊成整数倍关系，避免多余的光梳齿信号经过滤后输出，这样经过两路光子滤波器后可得到两路光子信号，这两路光子信号经光合波后，输入到第一高速探测器中进行拍频，输出所需的微波信号，获得超低相噪的微波信号。
根据布里渊克尔光频梳输出光梳齿频率，光子滤波器中心波长对准光频梳的一个波长，比如第0#光梳齿，按照公式FSR＝Δλ＝λ2/ngL来设计优化光子微腔滤波器，根据实际所需微波信号比如Ka波段，将另一个光子滤波器中心波长对准第12#或者第13#梳齿波长，同样按照按照公式FSR＝Δλ＝λ2/ngL来设计优化光子微腔滤波器，光子滤波器的谱间隔FSR滤波设计选择大于探测器的接收信号带宽，比如对于Ka波段接收，可选择FSR滤波约为50GHz使得光子滤波器的梳状过滤谱线除了中心波长如0#对齐外，其余谱线不与光频梳输出的光梳齿波长重合，这样只有对准中心波长的两个光梳齿信号滤波后得以通过，再将这两路光信号进行合波后输出到第一光探测器中，经拍频即可得到所需的Ka波段微波信号。两路光子滤波器考虑到光子中心波长的对准调试，使用TEC温控模块对其进行温度调整控制，以微调适应光中心波长与光子频梳之间的频率对准。
更优地，在一示例性实施例中，在确定FSR布里渊后，设计布里渊增益区波长与TM极化光子梳齿间隔FSR布里渊氮化硅微环腔谐振峰重叠，并且设计布里渊增益区波长的峰值位于谐振峰波长稍稍偏红失谐位置，按照布里渊频移fΔSBL值选择对应TE极化光子作为输入泵浦光中心波长；通过色散工程设计，优化TM模式极化光子在BGS波长区域为异常色散。
具体地，在该示例性实施例中，本发明基于氮化硅微环腔，按照(fΔSBL+Δυ)＝m*FSR布里渊，m＝1.2.3.4..m为整数，确定微环腔设计FSR布里渊，设计布里渊增益区波长(BGS)与TM极化光子梳齿间隔FSR布里渊微环腔谐振峰重叠并且设计BGS峰值位于谐振峰波长稍稍偏红失谐位置，按照布里渊频移fΔSBL值选择对应TE极化光子作为输入泵浦光中心波长。通过色散工程设计，优化TM模式极化光子在BGS波长区域为异常色散，便于TM模式下该波长区域能优化激励产生克尔光频梳。
更优地，在一示例性实施例中，所述可调波长激光器为1550nm通信波段激光器，所述光子滤波模块得到的光子信号为Ka波段，所述m为4，fΔSBL的值为11，M为12或13。
在本发明的又一示例性实施例中，提供一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的控制方法，基于控制模块，所述方法包括：
初始控制步骤：向可调波长激光器发送第一控制命令，设置输入泵浦激光波长位于氮化硅微环腔TE模式极化光子对应谐振峰波长的蓝失谐处，并基于用于监测氮化硅微环腔穿通输出端口的泵浦激光的工作状态的第二光探测器、和监测与氮化硅微环腔氮化硅微环腔下路输出端口中谐振光的工作状态的第三光探测器的监测数据，逐渐加大波长蓝移使得泵浦激光靠近谐振峰；
二次泵浦控制步骤：向可调波长激光器发送第二控制命令，基于用于监测光极化分束后交叉极化TM模式的受激布里渊激光状态的第四光探测器的监测数据，进一步调整泵浦激光波长蓝移速度和光功率，直到出现克尔光频梳状态。
更优地，在一示例性实施例中，在该控制方法中，控制模块与外部部件连接关系包括：
可调波长激光器，接收控制模块命令输出相应波长和功率的泵浦激光；
光放大器，对所述泵浦激光进行放大；
光环形器，第一端口用于接收放大后的泵浦激光；
氮化硅微环腔，光输入端通过光环形器的第二端口接收泵浦激光，在腔体内部激发布里渊激光后连同泵浦激光通过光输入端输出混合激光至光环形器的第二端口；
光极化分束器，接收光环形器的第三端口输出的混合激光，并对混合激光中的泵浦激光过滤后输出分束后的布里渊激光；
光子滤波模块，接收光极化分束器的布里渊激光后选择对应频率间隔后输出过滤后的光子信号；
第一光探测器，接收所述光子信号经拍频后输出微波信号；
第二光探测器，输入端与氮化硅微环腔的穿通输出端口连接，输出端与控制模块连接，监测泵浦激光的工作状态；
第三光探测器，输入端与氮化硅微环腔的下路输出端口连接，输出端与控制模块连接，监测与氮化硅微环腔中谐振光的工作状态；
第四光探测器，输入端与位于光极化分束器和光子滤波模块之间的光分路器连接，输出端与控制器连接，用于监控微环腔内的克尔光频梳工作状态
所述氮化硅微环腔通过控制模块对可调波长激光器的二次泵浦形成克尔光频梳。
更优地，在一示例性实施例中，在该控制方法中，所述光子滤波模块包括一个独立的具有谱线间隔FSR滤波的光子滤波器，所述光子滤波器对正交模式布里渊激光克尔光频梳信号进行过滤；FSR滤波＝M×FSR布里渊，M为整数，FSR布里渊为氮化硅微环腔的谐振峰谱线间隔。
更优地，在一示例性实施例中，在该控制方法中，所述光子滤波模块包括一个光分路器、第一光子滤波器、第二光子滤波器、一个光合路器，光分路器接收光极化分束器的激光并进行50：50分路成为两路光，分别进入到第一光子滤波器、第二光子滤波器中，根据所需波段微波信号，选择对应的克尔光频梳梳齿光子信号，两路光子信号经光合波后输入到第一光探测器中；
其中，第一光子滤波器和第二光子滤波器的谱线间隔FSR滤波较大且需要大于第一光探测器的信号响应带宽，并且FSR滤波不与克尔光频梳的FSR布里渊成整数倍关系。
更优地，在一示例性实施例中，在该控制方法中，TE模式下的激光和TM模式下的激光，在氮化硅微环腔中的谐振峰值频率按照自由谱间隔FSR布里渊GHz间隔分布，为n*FSR布里渊个谐振峰值分布，n为整数，正交极化TE模式激光和TM模式激光的谐振峰值频率略有间隔差距，其差值为ΔυMHz；
基于氮化硅微环腔中泵浦光激发布里渊激光频率偏移量为fΔSBL，设计氮化硅微环腔的FSR布里渊值为(fΔSBL+Δυ)＝m*FSR布里渊，m为整数；基于此FSR布里渊值按照公式FSR＝Δλ＝λ2/ngL来设计氮化硅微环腔大小，其中λ为光波长，ng为波导的群折射率，L为光学微腔的长度即即氮化硅微环腔大小。
更优地，在一示例性实施例中，在该控制方法中，在确定FSR布里渊后，设计布里渊增益区波长与TM极化光子梳齿间隔FSR布里渊氮化硅微环腔谐振峰重叠，并且设计布里渊增益区波长的峰值位于谐振峰波长稍稍偏红失谐位置，按照布里渊频移fΔSBL值选择对应TE极化光子作为输入泵浦光中心波长；通过色散工程设计，优化TM模式极化光子在BGS波长区域为异常色散。
更优地，在一示例性实施例中，在该控制方法中，所述可调波长激光器为1550nm通信波段激光器，所述光子滤波模块得到的光子信号为Ka波段，所述m为4，fΔSBL的值为11，M为12或13。
本发明的又一示例性实施例，提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述任一示例性实施例中所述的一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的控制方法的步骤。
本发明的又一示例性实施例，提供一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一示例性实施例中所述的一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的控制方法的步骤。
基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，其特征在于：包括：
控制模块；
可调波长激光器，接收控制模块命令输出相应波长和功率的泵浦激光；
光放大器，对所述泵浦激光进行放大；
光环形器，第一端口用于接收放大后的泵浦激光；
氮化硅微环腔，光输入端通过光环形器的第二端口接收泵浦激光，在腔体内部激发布里渊激光后连同反射的泵浦激光通过光输入端输出混合激光至光环形器的第二端口；
光极化分束器，接收光环形器的第三端口输出的混合激光，并对混合激光中的泵浦激光过滤后输出分束后的布里渊激光；
光子滤波模块，接收光极化分束器的布里渊激光后选择对应频率间隔后输出过滤后的光子信号；
第一光探测器，接收所述光子信号经拍频后输出微波信号；
所述氮化硅微环腔在耦合输入泵浦激光下产生谐振光并在微环腔内激发正交极化的布里渊激光作为二次泵浦光形成克尔光频梳；
所述布里渊激光和泵浦激光为正交极化的两路激光信号；其中布里渊激光为TM模式、所述泵浦激光为TE模式，或者布里渊激光为TE模式、所述泵浦激光为TM模式；
控制模块对可调波长激光器的控制，包括：
初始设置输入泵浦激光波长位于氮化硅微环腔TE模式极化光子对应谐振峰波长的蓝失谐处，逐渐加大波长蓝移使得泵浦激光靠近谐振峰，输入泵浦激光耦合进入到氮化硅微环腔中谐振，谐振功率逐渐加大，氮化硅微环腔中谐振光激发正交极化TM模式的布里渊激光；
控制模块进一步调整泵浦激光波长蓝移速度和光功率，直到出现克尔光频梳状态，继续蓝移微调输入泵浦激光，二次泵浦激光受激布里渊激光将从TM模式谐振峰波长红失谐位置红移，逐渐离开氮化硅微环腔的谐振峰，氮化硅微环腔中激励的克尔光频梳功率将呈台阶状下降，直到获得需要的孤子态光频梳输出，获得光梳齿间隔稳定。
2.根据权利要求1所述的一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，其特征在于：所述的微波发生装置还包括下述光探测器中的一个或者多个：
第二光探测器，输入端与氮化硅微环腔的穿通输出端口连接，输出端与控制模块连接，监测泵浦激光的工作状态；
第三光探测器，输入端与氮化硅微环腔的下路输出端口连接，输出端与控制模块连接，监测氮化硅微环腔中谐振光的工作状态；
第四光探测器，输入端与位于光极化分束器和光子滤波模块之间的光分路器连接，输出端与控制器连接，用于监控微环腔内的克尔光频梳工作状态。
3.根据权利要求2所述的一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，其特征在于：所述第二光探测器和第三光探测器配合初始设置中泵浦激光过程的调控；所述第四光探测器配合进一步调整泵浦激光过程的调控。
4.根据权利要求1所述的一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，其特征在于：所述光子滤波模块包括一个独立的具有谱线间隔FSR滤波的光子滤波器，所述光子滤波器对正交模式布里渊激光克尔光频梳信号进行过滤；FSR滤波＝M×FSR布里渊，M为整数，FSR布里渊为氮化硅微环腔的谐振峰谱线间隔。
5.根据权利要求1所述的一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，其特征在于：所述光子滤波模块包括一个光分路器、第一光子滤波器、第二光子滤波器、一个光合路器，光分路器接收光极化分束器的激光并进行50：50分路成为两路光，分别进入到第一光子滤波器、第二光子滤波器中，根据所需波段微波信号，选择对应的克尔光频梳梳齿光子信号，两路光子信号经光合波后输入到第一光探测器中；
其中，第一光子滤波器和第二光子滤波器的谱线间隔FSR滤波较大且需要大于第一光探测器的信号响应带宽，并且FSR滤波不与克尔光频梳的FSR布里渊成整数倍关系。
6.根据权利要求4或5所述的一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，其特征在于：TE模式下的激光和TM模式下的激光，在氮化硅微环腔中的谐振峰值频率按照自由谱间隔FSR布里渊GHz间隔分布，为n*FSR布里渊个谐振峰值分布，n为整数，正交极化TE模式激光和TM模式激光的谐振峰值频率略有间隔差距，其差值为ΔυMHz；
基于氮化硅微环腔中泵浦光激发布里渊激光频率偏移量为fΔSBL，设计氮化硅微环腔的FSR布里渊值为(fΔSBL+Δυ)＝m*FSR布里渊，m为整数；基于此FSR布里渊值按照公式FSR＝Δλ＝λ2/ngL来设计氮化硅微环腔大小，其中λ为光波长，ng为波导的群折射率，L为光学微腔的长度即氮化硅微环腔长度。
7.根据权利要求6所述的一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，其特征在于：在确定FSR布里渊后，设计布里渊增益区波长与TM极化光子梳齿间隔FSR布里渊氮化硅微环腔谐振峰重叠，并且设计布里渊增益区波长的峰值位于谐振峰波长稍稍偏红失谐位置，按照布里渊频移fΔSBL值选择对应TE极化光子作为输入泵浦光中心波长；通过色散工程设计，优化TM模式极化光子在布里渊增益谱BGS波长区域为异常色散。
8.根据权利要求7所述的一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置，其特征在于：所述可调波长激光器为1550nm通信波段激光器，所述光子滤波模块得到的光子信号为Ka波段，所述m为4，fΔSBL的值为11，M为12或13。
CN202111216967.XA 2021-10-19 2021-10-19 一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置 Active CN113964639B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310157630.9A CN116093732A (zh) 2021-10-19 2021-10-19 一种温控的布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置
CN202111216967.XA CN113964639B (zh) 2021-10-19 2021-10-19 一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置
CN202310157633.2A CN116316036A (zh) 2021-10-19 2021-10-19 基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的控制方法、存储介质和终端

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111216967.XA CN113964639B (zh) 2021-10-19 2021-10-19 一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310157630.9A Division CN116093732A (zh) 2021-10-19 2021-10-19 一种温控的布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置
CN202310157633.2A Division CN116316036A (zh) 2021-10-19 2021-10-19 基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的控制方法、存储介质和终端

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113964639A CN113964639A (zh) 2022-01-21
CN113964639B true CN113964639B (zh) 2023-02-28

Family

ID=79464496

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111216967.XA Active CN113964639B (zh) 2021-10-19 2021-10-19 一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置
CN202310157630.9A Pending CN116093732A (zh) 2021-10-19 2021-10-19 一种温控的布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置
CN202310157633.2A Pending CN116316036A (zh) 2021-10-19 2021-10-19 基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的控制方法、存储介质和终端

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310157630.9A Pending CN116093732A (zh) 2021-10-19 2021-10-19 一种温控的布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置
CN202310157633.2A Pending CN116316036A (zh) 2021-10-19 2021-10-19 基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的控制方法、存储介质和终端

Country Status (1)

Country Link
CN (3) CN113964639B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114914782A (zh) * 2022-04-15 2022-08-16 合肥工业大学 单频连续激光器的高效稳频装置
CN115296735A (zh) * 2022-08-05 2022-11-04 中国电信股份有限公司 微波信号的测量装置，测量方法，存储介质及电子设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7272160B1 (en) * 2005-01-24 2007-09-18 Np Photonics, Inc Single-frequency Brillouin fiber ring laser with extremely narrow linewidth
CN110806670A (zh) * 2019-11-26 2020-02-18 吉林大学 一种基于腔内泵浦方式产生时域腔孤子和孤子频率梳的方法
CN111555099A (zh) * 2020-06-15 2020-08-18 南京大学 一种微波产生系统
CN111600192A (zh) * 2020-06-15 2020-08-28 南京大学 一种光孤子产生系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7272160B1 (en) * 2005-01-24 2007-09-18 Np Photonics, Inc Single-frequency Brillouin fiber ring laser with extremely narrow linewidth
CN110806670A (zh) * 2019-11-26 2020-02-18 吉林大学 一种基于腔内泵浦方式产生时域腔孤子和孤子频率梳的方法
CN111555099A (zh) * 2020-06-15 2020-08-18 南京大学 一种微波产生系统
CN111600192A (zh) * 2020-06-15 2020-08-28 南京大学 一种光孤子产生系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN116316036A (zh) 2023-06-23
CN113964639A (zh) 2022-01-21
CN116093732A (zh) 2023-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10256606B2 (en) Wavelength-tunable external-cavity laser and adjustable light emission module
Yao et al. Multiloop optoelectronic oscillator
CN113964639B (zh) 一种基于正交极化模式布里渊激光克尔光频梳的微波发生装置
CN105027471A (zh) 自注入锁定锁相环光电振荡器
CN112886367B (zh) 一种太赫兹光电振荡器及振荡方法
CN101572375A (zh) 利用单纵模双波长光纤激光器产生微波、毫米波的装置
CN111541150B (zh) 实现半导体激光器波长动态锁定的装置及方法
CN110729623B (zh) 一种微波源
CN109004499A (zh) 一种可调谐微波源
CN115267974A (zh) 一种基于布里渊光纤激光器的窄带可调谐微波光子滤波器
CN117039611B (zh) 一种倍频太赫兹光电振荡器装置及其振荡方法
Bowers Integrated microwave photonics
CN112332198B (zh) 光电振荡器
WO2007148056A1 (en) Optical frequency comb generator
CN114844569B (zh) 布里渊单环宇称时间对称光电振荡信号产生方法及系统
CN115425512A (zh) 一种基于单片集成正交双孤子光梳的微波产生方法
CN114336227B (zh) 一种基于低畸变耗散克尔孤子的微波信号产生装置
Fedderwitz et al. Opto-electronic dual-loop 50 GHz oscillator with wide tunability and low phase noise
CN111725689A (zh) 窄线宽快调谐激光器
Weng et al. Dual-microcombs generation with a single-pumped Si3N4 microresonator for tunable microwave oscillation
CN117374734B (zh) 一种基于光谐振器的自注入锁定窄线宽多波长激光器
CN110718835B (zh) 一种新型微波源
CN113965271B (zh) 基于微波光子技术的振荡器实现系统
Shao et al. Optical Phase-Locked Loop Based on a Hybrid Integrated Self-Injection Locked Laser
Tian et al. Parity-Time-Symmetric Optoelectronic Oscillator Based on DPMZM With Single-Sideband Suppressed-Carrier Modulation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A Microwave Generation Device Based on Orthogonal Polarization Mode Brillouin Laser Kerr Comb

Effective date of registration: 20230613

Granted publication date: 20230228

Pledgee: Chengdu high investment financing Company limited by guarantee

Pledgor: Sichuan Bowei Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023510000142

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right