CN214204259U - 光泵自旋vcsel周期振荡毫米波信号产生装置 - Google Patents
光泵自旋vcsel周期振荡毫米波信号产生装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN214204259U CN214204259U CN202120450049.2U CN202120450049U CN214204259U CN 214204259 U CN214204259 U CN 214204259U CN 202120450049 U CN202120450049 U CN 202120450049U CN 214204259 U CN214204259 U CN 214204259U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vcsel
- optical
- millimeter wave
- isolator
- wave signal
- 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
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本实用新型公开了光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，包括泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器、第一光耦合器、透镜、VCSEL、反馈回路、光功率计、第二光隔离器、第二光耦合器和光电探测器，泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器和第一光耦合器依次连接，第一光耦合器的一个支路连接光功率计，其另一个支路依次连接透镜、VCSEL和反馈回路，第二光隔离器与第一光耦合器相连，其依次连接第二光耦合器和光电探测器，采用自旋偏振模式高度稳定且易操控的光泵自旋VCSEL，无需外部注入可产生高频稳定的单周期振荡波形，结构简单、成本低；无需复杂的滤波和选频，易于操作、信号质量高，其产生的毫米波信号频率高达数百GHz。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学、自旋电子学、微波光子技术领域，尤其涉及光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置。
背景技术
毫米波/微波光子信号产生技术由于在宽带无线接入网络、传感器网络、雷达、卫星通信、仪器仪表等民用及军事领域都具有广阔的应用前景而备受关注。微波光子学技术包括微波和毫米波信号的光子产生、处理、控制和分布。利用微波光子技术的第一步是微波光子的产生。在产生光子微波的过程中，已经提出并演示了许多技术，包括直接调制技术、光外差技术、外调制技术、锁模半导体激光器、光电振荡器和单周期振荡。在这些技术中，基于单周期振荡动力学的光子微波产生具有许多优点，如近单边带频谱，最大限度地减少了功率损失，全光器件配置的低成本和广泛可调的振荡频率并且摆脱弛豫振荡的限制。例如：利用连续波光注入半导体激光器产生单周期振荡，并使用镜面反馈稳定微波信号的方案(参见[J.P.Zhuang and S.C.Chan, "Phase noise characteristics of microwavesignals generated by semiconductor laser dynamics,"Opt.Express 23,2777-2797(2015).])；基于光注入谐波调制产生单周期振荡的方案(参见[L.Fan,G.Xia,J. Chen,X.Tang,Q.Liang,and Z.Wu,"High-purity 60GHz band millimeter-wave generationbased on optically injected semiconductor laser under subharmonic microwavemodulation,"Opt.Express 24, 18252-18265(2016).])；基于光注入产生单周期振荡，光纤布拉格光栅反馈稳定微波信号的方案(参见[S.S.Li,X.Zou,L.Wang,A.Wang,W. Pan,andL.Yan,"Stable period-one oscillations in a semiconductor laser under opticalfeedback from a narrowband fiber Bragg grating,"Opt Express 28,21286-21299(2020).])；基于光注入垂直腔表面发射激光器与双光反馈的方案(参见[C.Xue,D.Chang,Y.Fan,S.Ji,Z.Zhang, H.Lin,P.S.Spencer,and Y.Hong,"Characteristics ofmicrowave photonic signal generation using vertical-cavity surface-emittinglasers with optical injection and feedback,"Journal of the Optical Society ofAmerica B 37(2020).])。
目前报道的单周期振荡的产生方案大多需要外部光注入，且需要强注入强度才能得到高频单周期振荡，这些方案是的系统结构变得复杂且成本较高；另外一方面产生的单周期振荡的频率较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，以解决上述背景技术中所提出的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：光泵自旋 VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，包括泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器、第一光耦合器、透镜、VCSEL、反馈回路、光功率计、第二光隔离器、第二光耦合器和光电探测器，所述泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器和第一光耦合器依次连接，所述第一光耦合器的一个支路连接光功率计，其另一个支路依次连接透镜和VCSEL，所述VCSEL产生单周期振荡波形，其与反馈回路相连，所述第二光隔离器与第一光耦合器输出端相连，其依次连接第二光耦合器和光电探测器。
作为进一步的优化，所述反馈回路包括可变光衰减器和反射镜，所述可变光衰减器与VCSEL相连，单周期振荡信号经VCSEL发射由可变光衰减器传导后经反射镜反射，再经可变光衰减器传导回 VCSEL形成反馈回路。
作为进一步的优化，所述反馈回路为全光反馈或电光反馈，其传输形式为光纤传输或空间光传输。
作为进一步的优化，所述VCSEL为光泵浦VCSEL。
作为进一步的优化，所述VCSEL为偏振载流子注入的自旋电子器件。
作为进一步的优化，所述VCSEL为通过机械应力改变双折射率的自旋电子器件。
作为进一步的优化，所述泵浦源为980nm连续波输出。
作为进一步的优化，VCSEL通过机械应力改变其双折射率，使得VCSEL产生单周期振荡信号。
作为进一步的优化，VCSEL工作在自由运行状态，非锁定状态。
与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：一方面本装置核心器件为商用VCSEL，经光泵浦激光，无需任何电光调制器、光学频率梳和光学滤波器，具有结构简单、成本低及易于操控的优点，另一方面该装置中激光器无需任何外部注入即可工作在单周期振荡态，在此基础上，采用光反馈回路对光子微波信号的线宽进行压缩以及相位进行进一步稳定，从而获得毫米波信号具有频率高、大宽带和灵活可调谐的优点。
附图说明
图1为本实用新型的装置示意图。
图2为本实用新型的时序图。
图3为本实用新型的光谱图。
图4为本实用新型的频谱图。
图中，1.泵浦源；2.第一光隔离器；3.偏振控制器；4.第一光耦合器；5.透镜；6.VCSEL；7.可变光衰减器；8.反射镜；9.光功率计；10. 第二光隔离器；11.第二光耦合器；12.光电探测器。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例，结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
如图1至4所示，光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，包括泵浦源1、第一光隔离器2、偏振控制器3、第一光耦合器4、透镜5、VCSEL 6、反馈回路、光功率计9、第二光隔离器10、第二光耦合器11和光电探测器12，泵浦源1、第一光隔离器2、偏振控制器3和第一光耦合器4依次连接，第一光耦合器4的一个支路连接光功率计9，其另一个支路依次连接透镜5和VCSEL 6，VCSEL 6产生单周期振荡波形，其与反馈回路相连，反馈回路包括可变光衰减器 7和反射镜8，可变光衰减器7与VCSEL 6相连，单周期振荡信号经VCSEL发射由可变光衰减器7传导后经反射镜8反射，再经可变光衰减器7传导回VCSEL形成反馈回路，第二光隔离器10与第一光耦合器4输出端相连，其依次连接第二光耦合器11和光电探测器12。
反馈回路为全光反馈或电光反馈，其传输形式为光纤传输或空间光传输。
VCSEL为光泵浦VCSEL。
VCSEL为偏振载流子注入的自旋电子器件。
VCSEL为通过机械应力改变双折射率的自旋电子器件。
泵浦源为980nm连续波输出。
光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生方法，包括如下步骤，
S1)泵浦源1输出连续波，第一光隔离器2防止光路反射损伤泵浦源，偏振控制器3用于控制泵浦光的偏振态，第一光耦合器4将泵浦光分为两路，第一路注入到光功率计9，用于控制泵浦光功率，第二路经透镜5注入到VCSEL 6，VCSEL产生单周期振荡波形；
S2)单周期振荡信号经反馈回路注入到VCSEL，降低单周期振荡信号的线宽及抑制相位噪声，从而得到高频稳定的单周期振荡信号，反馈回路包括可变光衰减器7和反射镜8，可变光衰减器7与VCSEL 6相连，单周期振荡信号经VCSEL发射由可变光衰减器7传导后经反射镜8反射，再经可变光衰减器7传导回VCSEL形成反馈回路；
S3)单周期振荡信号依次经透镜5、第一光耦合器4传导至第二光隔离器10，第二光隔离器10隔离泵浦光，留下VCSEL产生的单周期振荡信号，单周期振荡信号传导至第二光耦合器11，第二光耦合器11输出端与光电探测器12输入端相连，单周期振荡信号经光电转换生成毫米波信号，VCSEL 6工作在自由运行状态，非锁定状态，该状态下VCSEL的输出经光电探测可产生频率高达数百GHz的毫米波信号。
VCSEL可通过机械应力改变其双折射率，使得VCSEL产生单周期振荡信号。
通过数值仿真模拟了所述的光泵自旋VCSEL产生单周期振荡波形，建立速率方程如下：
其中，下标+，-分别表示右旋偏振模式与左旋偏振模式；E表示光泵自旋VCSEL的电场复振幅，N为总载流子密度，m为归一化载流子密度差值，κ为光场衰减速率，α为线宽增强因子，γa和γp分别代表有源区介质的线性色散效应和双折射效应，γ为载流子衰减速率，γs为自旋反转速率，η±分别表示两偏振对应的归一化光泵浦量，总光泵浦量与椭圆偏振度各自定义为η＝η++η-和P＝(η+-η-)/(η++η-)，β为自发辐射噪声因子，ξ±为高斯白噪声，kf和τ分别表示反馈强度与延迟时间，仿真中各参数取值为：κ＝250ns-1；α＝3；γ＝1ns-1；γa＝0；γp＝30*πns-1；P＝-1；η＝2；γs＝65ns-1；τ＝2ns；kf＝1ns-1；β＝1*10-6。从图2中能够看出光泵自旋VCSEL能够产生自连续的单周期振荡波形，图3 为基于本实用新型产生的光学光谱，图4中可以看出基于本实用新型产生的功率谱，从图4(a)中可以看出基于本实用新型产生的频率 f＝γp/π,通过增大机械应力改变双折射率γp可以得到高达几百GHz的频率，此外在没有外光反馈的情况下，毫米波线宽约为3MHz，图4(b) 可知，增加了光反馈回路后，毫米波的线宽进一步压缩到了70KHz，获得了高频窄线宽的高质量光子微波信号。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，其特征在于，包括泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器、第一光耦合器、透镜、VCSEL、反馈回路、光功率计、第二光隔离器、第二光耦合器和光电探测器，所述泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器和第一光耦合器依次连接，所述第一光耦合器的一个支路连接光功率计，其另一个支路依次连接透镜和VCSEL，所述VCSEL产生单周期振荡波形，其与反馈回路相连，所述第二光隔离器与第一光耦合器输出端相连，其依次连接第二光耦合器和光电探测器。
2.根据权利要求1所述的光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，其特征在于，所述反馈回路包括可变光衰减器和反射镜，所述可变光衰减器与VCSEL相连，单周期振荡信号经VCSEL发射由可变光衰减器传导后经反射镜反射，再经可变光衰减器传导回VCSEL形成反馈回路。
3.根据权利要求1或2所述的光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，其特征在于，所述反馈回路为全光反馈或电光反馈，其传输形式为光纤传输或空间光传输。
4.根据权利要求1所述的光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，其特征在于，所述VCSEL为光泵浦VCSEL。
5.根据权利要求1所述的光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，其特征在于，所述VCSEL为偏振载流子注入的自旋电子器件。
6.根据权利要求1所述的光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，其特征在于，所述VCSEL为通过机械应力改变双折射率的自旋电子器件。
7.根据权利要求1所述的光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，其特征在于，所述泵浦源为980nm连续波输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120450049.2U CN214204259U (zh) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | 光泵自旋vcsel周期振荡毫米波信号产生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120450049.2U CN214204259U (zh) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | 光泵自旋vcsel周期振荡毫米波信号产生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN214204259U true CN214204259U (zh) | 2021-09-14 |
Family
ID=77639736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202120450049.2U Active CN214204259U (zh) | 2021-03-02 | 2021-03-02 | 光泵自旋vcsel周期振荡毫米波信号产生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN214204259U (zh) |
-
2021
- 2021-03-02 CN CN202120450049.2U patent/CN214204259U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106229805B (zh) | 基于微环谐振腔的多倍重频速率锁模激光器 | |
| WO2022228263A1 (zh) | 一种基于片上回音壁模式光学微腔的相干伊辛机 | |
| CN110729623B (zh) | 一种微波源 | |
| CN108923250B (zh) | 片上集成傅里叶锁模激光器 | |
| CN110707509A (zh) | 傅里叶域锁模光电振荡器 | |
| CN110911946B (zh) | 一种梳距可调的低相位噪声微波频率梳发生器 | |
| Islam et al. | Staircase dynamics of a photonic microwave oscillator based on a laser diode with delayed optoelectronic feedback | |
| CN109004499A (zh) | 一种可调谐微波源 | |
| CN103996960A (zh) | 振荡系统 | |
| Bowers | Integrated microwave photonics | |
| CN214204259U (zh) | 光泵自旋vcsel周期振荡毫米波信号产生装置 | |
| CN112864797A (zh) | 光泵自旋vcsel周期振荡毫米波信号产生装置及方法 | |
| US11822207B2 (en) | Method and apparatus for generating optical frequency comb | |
| CN206195145U (zh) | 基于微环谐振腔的多倍频锁模激光器 | |
| CN114665373B (zh) | 耦合纳米激光器阵列周期振荡毫米波信号产生装置及方法 | |
| CN212517886U (zh) | 一种基于激光器相控阵列的线性啁啾微波信号产生装置 | |
| CN116470961A (zh) | 一种互注入产生周期振荡毫米波信号的装置和方法 | |
| CN116505372A (zh) | 外部光注入自旋vcsel周期振荡毫米波信号产生装置和方法 | |
| Zhang et al. | Ultra-narrow spectral line Brillouin laser frequency comb | |
| CN114498273B (zh) | 一种微波信号处理装置 | |
| CN109904716A (zh) | 一种双波长同重频中红外超短脉冲全光纤激光源 | |
| CN110718835B (zh) | 一种新型微波源 | |
| CN208970926U (zh) | 一种高功率窄线宽可调谐波光纤激光器 | |
| CN220797411U (zh) | 一种基于自注入锁定的光频梳源 | |
| CN114614903B (zh) | 一种光子信号发生器和发生方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |