专利名称：基于半导体多纵模激光器的光电振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波技术和光电子技术领域，尤其涉及一种光电振荡器。
背景技术：
光电振荡器(0E0 Optoelectronic Oscillator)是一种光、电微波/毫米波信号发生装置。它的基本结构是利用光源、电光调制器、光电探测器、电滤波器所构成的一个反馈回路，利用长光纤的储能能力，实现高品质的光、电微波信号产生。目前0E0系统在实用性上尚有需要改进之处，主要问题在于组成系统的各个部分虽然可以有替代方案，但是大多相互独立，难以整合，因此从系统结构和成本上看不易优化；系统中长光纤能在环路内存储更多的光场能量，提高产生信号的品质，但是由此也带来了系统体积庞大，易受外部环境·影响，边模噪声难以被滤波器滤除的问题，因此如何在保证性能的前提下简化系统，降低成本是0E0实用化的关键。为了解决0E0系统存在的缺陷，现有技术从结构和方法上进行了改进，但仍存在以下缺点
1)系统简化方面，目前可以采用直接调制激光器完成0E0系统中的光源和反馈调制部分的功能，但是现有直接调制激光器工作速率不高，难以实现高频信号的产生，因此这种方案在使用性上有较大的限制；
2)在频率选择方面，除了采用传统的电滤波器，还可采用高Q光子滤波器，以优化长光纤的使用。如在专利“具有光谐振器的光电振荡器(申请号00803073. I)”中提出采用高Q光子滤波器实现频率选择和边模抑制。这种高Q光子滤波器是由介质材料或光纤结构的的无源光学谐振腔，在同时要求高Q值和大范围可调谐时性能不理想，而且当Q值很大时，插入损耗也很大；在专利“用有源半导体谐振腔的光电振荡器(申请号201110072217.X)”中，提出采用有源半导体谐振腔实现频率选择，具有很高的Q值并且具有很小的插入损耗，可调谐性得到增强并具有可集成的优势，但是该器件也仅仅作为频率选择器件的一种替代，不能使系统简化，成本降低；此外，以上两种方法都存在需要光源与滤波器窗口对准的问题，为系统的实现带来一定的困难；
3)采用多环路结构抑制边模。但是多环路结构组成复杂，并且需要使用长光纤，使整个0E0系统体积庞大，稳定性控制困难；
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种结构简单，成本低廉、使用方便的能实现频率可调谐的基于半导体多纵模激光器的光电振荡器。本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的本发明的光电振荡器，包括半导体多纵模激光器和光电转换调制模块，其中光电转换调制模块包括光率禹合器、光电探测器、电稱合器、电光调制器和光稱合器，光稱合器的输出端分别与光电探测器和电光调制器的输入端连接，光电探测器的输出端与电耦合器的输入端连接，电耦合器的一个输出端与电光调制器的驱动输入端，电I禹合器上设有另一个输出端；电光调制器的输出端与光耦合器的输入端连接，光耦合器上设有光信号输出端和一个与半导体多纵模激光器连接的反馈端；半导体多纵模激光器输出端与光耦合器输入端连接。
上述的基于半导体多纵模激光器的光电振荡器装置，其中半导体多纵模激光器为一个半导体环形激光器，由输出波导，环形增益区和输入波导构成，增益区为PN结结构。上述的基于半导体多纵模激光器的光电振荡器装置，其中半导体多纵模激光器为一个半导体F-P腔激光器，由前腔镜、增益区、后腔镜构成，前、后腔镜可以是半导体材料的解离面，它们具有一定的透过率和反射率，增益区为条形PN结结构；半导体多纵模激光器与光耦合器之间设有三端口光环形器，其上设有端口二、端口三和端口一，端口二与半导体多纵模激光器输出端、端口三与光耦合器输入端连接、端口一与光耦合器反馈端连接。上述的基于半导体多纵模激光器的光电振荡器装置，其中电光调制器6为半导体电吸收调制器(EAM)或铌酸锂强度调制器(MZM)。
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本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知本发明包括半导体多纵模激光器和光电转换调制模块。半导体多纵模激光器输出一组相邻频率差为Aw的多个激光模式，其主振频率，也即中心频率在w处，因此所输出的光场可以表示成为w±n Aw(这里η为整数)。这一组模式注入光电转换调制模块后被光耦合器分为两路并分别与光电探测器和电光调制器的输入端连接。光电探测器可以检测出的频率并形成电信号输出与电I禹合器的输入端连接。电I禹合器的一个输出端与电光调制器的驱动输入端连接进行电光调制，电I禹合器的另一个输出端完成光电振荡器的电信号输出。电光调制器的输出与光I禹合器的输入端连接，光I禹合器具有两个输出，一个完成光电振荡器的光信号输出，一个反馈注入半导体多纵模激光器。由于半导体多纵模激光器的自注入锁定作用，非主振模式的光将受到抑制，而的频率将得到反馈增强，经过多次反馈振荡后最终产生稳定的，频率为的光、电微波信号。通过调节半导体多纵模激光器的注入电流或者温度，频率Aw的大小会获得相应调节，进而实现光电振荡器的频率可调谐性。半导体多纵模激光器是一个以半导体PN结为增益介质，带有谐振腔结构的半导体激光器，它能同时输出一组具有固定频率差的多个激光模式；在装置连接上，由半导体多纵模激光器输出的光场最终将反馈注入半导体多纵模激光器自身。本发明利用半导体多纵模激光器来构成一个光电振荡器装置，这里的半导体多纵模激光器同时起到了光源和光子滤波器的作用，能够产生由半导体多纵模激光器输出模式的频率差所决定的光、电微波信号，利用半导体多纵模激光器同时完成光载波产生和微波频率选择，简化了系统结构，降低成本并具有频率可调谐性。
图I为本发明的结构示意 图2为使用半导体环形激光器的本发明的结构示意 图3为使用半导体F-P腔激光器的本发明的结构示意图。图中标记
I、半导体多纵模激光器；2、光电转换调制模块；3、光稱合器；4、光电探测器；5、电f禹合器；6、电光调制器；7、光耦合器；8、三端口光环形器；la、输出波导；lb、环形增益区；lc、输入波导；ld、前腔镜；le、增益区；lf、后腔镜；8a、端口二 ；8b、端口三；8c、端口一。
具体实施例方式以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于半导体多纵模激光器的光电振荡器的具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如下
实施例I:
参照图1-2,基于半导体多纵模激光器的光电振荡器,包括半导体多纵模激光器I和光电转换调制模块2,光电转换调制模块2包 括光稱合器3、光电探测器4、电稱合器5、电光调制器6和光稱合器7,光稱合器3的输出端分别与光电探测器4和电光调制器6的输入端连接，光电探测器4的输出端与电I禹合器5的输入端连接，电I禹合器5的一个输出端与电光调制器6的驱动输入端，电I禹合器5上设有另一个输出端；电光调制器6的输出端与光I禹合器7的输入端连接，光耦合器7上设有光信号输出端和一个与半导体多纵模激光器I连接的反馈端；半导体多纵模激光器I输出端与光耦合器3输入端连接；其中半导体多纵模激光器I为半导体环形激光器，由输出波导Ia,环形增益区Ib和输入波导Ic构成,增益区Ib为PN结结构；电光调制器6为半导体电吸收调制器(EAM)。
工作流程为半导体多纵模激光器I从输出波导Ia输出中心频率为W，相邻模式频率差为Aw的一组激光模式，这组激光模式可表示为w±nAw (这里η为整数)，通过改变半导体多纵模激光器I的注入电流或者温度，可以使得半导体多纵模激光器I的载流子浓度发生变化，进而可以调节输出激光模式的中心频率w和频率差Aw。半导体多纵模激光器I的输出注入光电转换调制模块2 ;在光电转换调制模块2中,光场被光稱合器3分为两路分别输入光电探测器4和电光调制器6 (EAM);光电探测器4可以检测出激光模式的频率差Aw并形成电信号输出，它的的输出端与电耦合器5的输入端连接；电耦合器5的输出端与半导体电吸收调制器(EAM) 6的驱动调制端连接对光场进行调制，经过调制的光信号与另一个光耦合器7连接，光耦合器7的一路输出经由输入波导Ic反馈注入半导体多纵模激光器I。经过半导体多纵模激光器I的自注入锁定过程和外部的循环反馈，最终可产生稳定的频率差为Aw的光、电微波信号,这些信号可通过光稱合器7和电稱合器5输出。实施例2
参照图1、3，基于半导体多纵模激光器的光电振荡器,包括半导体多纵模激光器I和光电转换调制模块2,光电转换调制模块2包括光稱合器3、光电探测器4、电稱合器5、电光调制器6和光稱合器7,光稱合器3的输出端分别与光电探测器4和电光调制器6的输入端连接，光电探测器4的输出端与电I禹合器5的输入端连接，电I禹合器5的一个输出端与电光调制器6的驱动输入端，电I禹合器5上设有另一个输出端；电光调制器6的输出端与光I禹合器7的输入端连接，光耦合器7上设有光信号输出端和一个与半导体多纵模激光器I连接的反馈端；半导体多纵模激光器I输出端与光耦合器3输入端连接；其中半导体多纵模激光器I为半导体F-P腔激光器，由前腔镜ld，增益区le，后腔镜If构成，前、后腔镜可以是半导体材料的解离面，它们具有一定的透过率和反射率，增益区Ie为条形PN结结构；电光调制器6为铌酸锂强度调制器(MZM)，半导体多纵模激光器I与光耦合器3之间设有三端口光环形器8，其上设有端口二 8a、端口三8b和端口一 8c，端口二 8a与半导体多纵模激光器I输出端、端口三8b与光耦合器3输入端连接、端口一 8c与光耦合器7反馈端连接。工作流程为半导体多纵模激光器I从后腔镜If输出中心频率为W，相邻模式频率差为Aw的一组激光模式注入光电转换调制模块2 ;注入光电转换调制模块2的光场先进入三端口光环形器8的端口二 8a，然后从端口三8b输出连接到光耦合器3 ;从光耦合器7输出的光场连接至三端口光环形器8的端口一 8c，然后从端口二 8a输出后由后腔镜If反向注入半导体多纵模激光器I。其余同实施例I。。经过半导体多纵模激光器I的自注入锁定过程和外部的循环反馈，最终可产生稳定的频率差为Aw的光、电微波信号，这些信号可通过光I禹合器7和电I禹合器5输出。本发明所述并不限于具体实施方式
中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其它的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改 动和变型在内。
权利要求
1.基于半导体多纵模激光器的光电振荡器，包括半导体多纵模激光器(I)和光电转换调制模块(2)，其特征在于光电转换调制模块(2)包括光耦合器(3)、光电探测器(4)、电耦合器(5)、电光调制器(6)和光耦合器(7)，光耦合器(3)的输出端分别与光电探测器(4)和电光调制器(6)的输入端连接,光电探测器(4)的输出端与电稱合器(5)的输入端连接，电率禹合器(5)的一个输出端与电光调制器(6)的驱动输入端，电I禹合器(5)上设有另一个输出端；电光调制器(6)的输出端与光稱合器(7)的输入端连接,光稱合器(7)上设有光信号输出端和一个与半导体多纵模激光器(I)连接的反馈端；半导体多纵模激光器(I)输出端与光率禹合器(3 )输入端连接。
2.如权利要求I所述的基于半导体多纵模激光器的光电振荡器装置，其特征在于半导体多纵模激光器(I)为半导体环形激光器结构，由输出波导(Ia),环形增益区(Ib)和输入波导(Ic)构成，增益区(Ib)为PN结结构。
3.如权利要求I所述的基于半导体多纵模激光器的光电振荡器装置，其特征在于半导体多纵模激光器(I)为一个半导体F-P腔激光器，由前腔镜(Id),增益区(Ie)，后腔镜(If)构成，增益区(Ie)为条形PN结结构；半导体多纵模激光器(I)与光耦合器(3)之间设有三端口光环形器(8)，其上设有端口二(8a)、端口三(8b)和端口一(8c)，端口二(8a)与半导体多纵模激光器(I)输出端、端口三(8b)与光稱合器(3)输入端连接、端口一(8c)与光耦合器(7)反馈端连接。
4.如权利要求2或3所述的基于半导体多纵模激光器的光电振荡器装置，其特征在于电光调制器(6)为半导体电吸收调制器或铌酸锂强度调制器。
全文摘要
本发明公开了一种基于半导体多纵模激光器的光电振荡器，光电转换调制模块(2)包括光耦合器(3)、光电探测器(4)、电耦合器(5)、电光调制器(6)和光耦合器(7)，光耦合器(3)的输出端分别与光电探测器(4)和电光调制器(6)的输入端连接，光电探测器(4)的输出端与电耦合器(5)的输入端连接，电耦合器(5)的一个输出端与电光调制器(6)的驱动输入端，电耦合器(5)上设有另一个输出端；电光调制器(6)的输出端与光耦合器(7)的输入端连接，光耦合器(7)上设有光信号输出端和一个与半导体多纵模激光器(1)连接的反馈端；半导体多纵模激光器(1)输出端与光耦合器(3)输入端连接。本发明结构简单，成本低廉、使用方便的能实现频率可调谐。
文档编号H01S5/10GK102946050SQ201210403709
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者江阳, 白光富 申请人:贵州大学