利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其包括：外光注入模块和双腔反馈模块，所述外光注入模块由可调激光源、凸透镜、半透半反镜、光功率计、第一偏振控制器、光隔离器和单模1550nm?垂直腔半导体激光器组成，所述双腔反馈模块由半透半反镜、第三反射镜、第四反射镜、第二偏振控制器、第三偏振控制器和用于降低光功率至适当值的可变衰减器组成。
【专利说明】
利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及信息技术领域，尤其是涉及一种基于外光注入和双腔反馈长波长垂直腔半导体激光器的全光光子微波信号装置。
【背景技术】
[0002]微波产生技术在现代通信、军事、雷达等领域都有广泛的应用。近年来，光子微波技术作为一种新兴的产生微波信号的技术受到关注，它在光载无线通信(Rad1-over-Fiber，R0F)、手机的4G、5G技术等领域都有诱人的应用前景。
[0003]现有光子微波的产生方式基本可以分为纯电子、光电混合和全光方式三大类.对于纯电子方式，可以利用晶体振荡产生种子微波，再通过谐振获取高频信号，但这类方式存在着电子瓶颈的问题，难以产生高频微波或成本高昂。随着信息时代的发展，人们对信息容量的要求越来越高，对载波频率的要求也随之大幅升高，而直接利用纯电子方式难以经济地产生高频微波信号。
[0004]对于电光混合方案，一般是利用电光效应，把电压加到电光晶体上，电光晶体的折射率将发生变化，进而引起通过该晶体的光波特性的变化，实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。常用的直接调制法，虽然可以使电信号转化为光信号从而让信号不受其他电信号干扰，降低传输损失。但从产生微波源的角度来说，此方法本质还是电子学的方式，存在着电子瓶颈的问题。当延展到高频微波范围时，仍然面临着技术复杂，成本高昂的问题。
[0005]在利用全光方式产生光子微波的领域，目前主要有光外差法和基于双模半导体激光器的光子微波产生办法。光外差法由两个不同波长的光波注入光电探测器，利用拍频获得一定频率的光子微波信号。对1550nm的激光来说，它主要的缺点是其所产生的是两束独立的激光，由于两束光的相位不相关导致产生的信号噪声较大。为解决相位噪声的问题，需要高相干性的光源或者专门的OPLLs等技术对两独立激光源进行处理，这些无疑提高了技术难度和成本。此外，双模半导体激光器是一种特殊的激光器，需要专门设计，制作工艺复杂，同时它也需要额外的相位锁定技术来获取低相位噪声的光子微波。实践中，锁定通常不够完美，且会限制光子微波波频的可调谐性。
[0006]可见，以上所提及的各方案都难以获取窄线宽、低相位噪声、低成本的光子微波。因此，急需探索发展新型的光子微波产生装置。
[0007]垂直腔半导体激光器是一种发展非常迅速的新型半导体激光器，在光电子技术的许多领域有广泛应用，它具有高度可集成性、模式匹配度高、低成本等优势。如果利用垂直腔两个天然的正交振荡模式，并结合光注入方法是可以获得光子微波的。通过调节两个光路的光程可使光子微波频率在一定范围内连续可调，调节系统参量可以控制光子微波功率以及调制深度，再加入双腔反馈对线宽进行压窄，从而产生所需的窄线宽、低噪声、低成本光子微波。
[0008]鉴于以上现有技术的缺点，本实用新型的主要目的是提供一种利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型提出一种利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，一定程度上解决了现有技术制作工艺复杂的问题。
[0010]本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0011 ] 一种利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其包括:外光注入模块和双腔反馈模块，所述外光注入模块由可调激光源、凸透镜、半透半反镜、光功率计、第一偏振控制器、光隔离器和单模1550nm-垂直腔半导体激光器组成，所述双腔反馈模块由半透半反镜、第三反射镜、第四反射镜、第二偏振控制器、第三偏振控制器和用于降低光功率至适当值的可变衰减器组成，所述光隔离器包括第一光隔离器和第二光隔离器。
[0012]与现有技术相比，本实用新型有益效果如下:
[0013]1.采用基于垂直腔激光器的全光方案，突破了纯电子方式的频率瓶颈限制。且无需昂贵的电子微波源，从而避免其他种方案中电子信号的干扰以及高频电子微波源成本高昂的缺点。
[0014]2.采用双腔反馈的方式使获得光子微波信号的噪声侧峰得到很好地抑制，从而使获得的光子微波信号具有信噪比高的突出优点。
[0015]3.系统方案可产生的微波信号频率高于30GHz，信号宽度小于IMHz;该信号具有噪声低，线宽窄，相干性好的特点。
[0016]本实用新型进一步的改进如下:
[0017]进一步地，利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置还包括位于双腔反馈模块外的第一反射镜、第二反射镜、光谱分析仪和频谱分析仪。
[0018]进一步地，所述凸透镜包括位于可调激光源和偏振控制器之间的第一凸透镜。
[0019]进一步地，所述外光注入模块的半透半反镜包括位于第一偏振控制器和第一反射镜之间的第一半透半反镜。
[0020]进一步地，所述外光注入模块的半透半反镜包括位于第一半透半反镜和第一光隔离器之间的第二半透半反镜。
[0021]进一步地，所述外光注入模块的半透半反镜包括第三半透半反镜和位于第三半透半反镜与第二光隔离器之间的第四半透半反镜。
[0022]进一步地，所述凸透镜包括位于单模1550nm_垂直腔半导体激光器和第三半透半反镜之间的第二凸透镜。
[0023]进一步地，所述双腔反馈模块的半透半反镜包括第六半透半反镜和第七半透半反
Ho
[0024]进一步地，所述第二偏振控制器位于第六半透半反镜和第七半透半反镜之间。
[0025]进一步地，所述第三偏振控制器位于第三反射镜和第四反射镜之间。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本实用新型利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置的结构图；
[0028]图2为图1所示双腔反馈的结构图。
[0029]其中:TSL:可调激光源，CLl、CL2:凸透镜，PCl:偏振控制器，STMl、STM2、STM3、STM4、STM5:半透半反镜，RMl、RM2:反射镜，OI1、012:光隔离器，PM:光功率计，OSA:光谱分析仪，ESA:频谱分析仪，VA:可变衰减器，PC2、PC3:偏振控制器，STM6、STM7:半透半反镜，RM3、RM4、RM5:反射镜。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0031]如图1至图2所示，本实用新型的一种利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其分为两大模块:外光注入模块、双腔反馈模块.
[0032]其中，外光注入模块由可调激光源TSL、凸透镜CL1、CL2、半透半反镜STM1、STM2、STM3、STM4、光功率计PM、第一偏振控制器PC1、光隔离器011、012、和单模1550醒-垂直腔半导体激光器组成。
[0033]利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置还包括反射镜RM1、RM2和光谱分析仪OSA，频谱分析仪ESA，以及第五半透半反镜STM5。反射镜RMl、RM2包括第一反射镜RMl和第二反射镜RM2。第二反射镜RM2位于频谱分析仪ESA与第五半透半反镜STM之间。光隔离器OIl、012包括第一光隔离器OI 1和第二光隔离器012。半透半反镜3了11、3了12、3了13、3丁14包括第一半透半反镜STMl、第二半透半反镜STM2、第三半透半反镜STM3和第四半透半反镜STM4。
[0034]所述凸透镜CL1、CL2包括位于可调激光源TSL和偏振控制器PCl之间的第一凸透镜CLl。所述凸透镜CLl、CL2包括位于可调激光源TSL和半透半反镜STM3之间的第二凸透镜(^1。半透半反镜3了11、3了12、3了13、3了14包括位于第一偏振控制器?(:1和反射镜咖1之间的第一半透半反镜STMl ο半透半反镜STMl、STM2、STM3、STM4包括位于第一半透半反镜STMl和光隔离器OII之间的第二半透半反镜STM2。半透半反镜STMl、STM2、STM3、STM4包括位于第三半透半反镜STM3和位于第三半透半反镜STM3与光隔离器012之间的第四半透半反镜STM4。
[0035]双腔反馈模块由半透半反镜STM6、STM7、反射镜RM3、RM4、RM5、偏振控制器PC2、PC3和用于降低光功率至适当值的可变衰减器VA组成。
[0036]偏振控制器PC2、PC3包括第二偏振控制器PC2和第三偏振控制器PC3。反射镜RM3、RM4、RM5包括第三反射镜RM3、第四反射镜RM4和第五反射镜RM5。半透半反镜STM6、STM7包括第六半透半反镜STM6和第七半透半反镜STM7。第二偏振控制器PC2位于第六半透半反镜STM6和第七半透半反镜STM7之间。第三偏振控制器PC3位于第三反射镜RM3和第四反射镜RM4之间。第六半透半反镜STM6位于可变衰减器VA和第三反射镜RM3之间。
[0037]首先运行的是外光注入模块，利用可调激光源TSL输出波长位于垂直腔半导体激光器抑制模式附近的光信号，此光信号可根据对输出光子微波信号功率的大小需求进行适当调节(满足在一定功率范围内可调)，然后利用偏振控制器PCl获得偏振方向与垂直腔半导体激光器主导模式相同的偏振光，再通过半透半反镜STMl、STM2、STM3将光束分成两束，其中一束进入光功率计PM测定其功率，另一束由半透半反镜STMl、STM2、STM3反射后注入单模1550nm-垂直腔半导体激光器芯片中，得到两个功率相当、频率差约30GHz的光子微波信号，输出光进而透过半透半反镜STMl、STM2、STM3进入双腔反馈模块(半透半反镜的反射光由光隔离器OIl阻断)，首先被半透半反镜STM 4分成功率相等的两部分，它们分别经过不同回路反馈到1550nm-垂直腔半导体激光器中，在此使用不同回路目的是使反馈回路的延迟时间不同(图中偏振控制器PC3所处回路可通过左右移动改变光程，进而达到调节光频率的目的)以产生不同频率的反馈光便于信号压窄，且双腔反馈还可使每束单光形成的侧峰得到抑制，提高输出信号信噪比，以便获得噪声小的光子微波.实施过程中使用激光器驱动源(ILX-Lightwave LDC-3724B)来控制1550nm_垂直腔半导体激光器芯片的温度以及偏置电流。
[0038]自由运行的1550nm_垂直腔半导体激光器在外光注入下可得到两个功率相当、频率差约30GHz的光谱成分，其输出光功率在一定范围内可调。经带宽光电探测器转换后，可得到其功率谱。但由于其微波信号线宽很宽，于是引入双腔反馈模块，将输出光分成等功率的两束，分别引入两反馈腔，目的是制造不同的光程使其频率产生差异，从而形成双腔反馈。由于光在传播过程中其偏振方向会适当改变，所以引入偏振控制器PC2、PC3使反馈光的偏振方向使其与输出光方向相同，再由可调衰减器调VA节光的强度进行反馈，以达到最佳反馈效果，从而实现对输出光子微波信号宽度的窄化和降低噪声，得到1550nm光子微波。
[0039]本实用新型具有以下有益效果:
[0040]1.采用基于垂直腔激光器的全光方案，突破了纯电子方式的频率瓶颈限制。且无需昂贵的电子微波源，从而避免其他种方案中电子信号的干扰以及高频电子微波源成本高昂的局限性。
[0041]2.采用双腔反馈的方式使获得光子微波信号的噪声侧峰得到很好地抑制，从而使获得的光子微波信号具有了信噪比高的突出优点。
[0042]3.系统方案可产生的微波信号频率高于30GHz，信号宽小于IMHz;该信号具有噪声低，线宽窄，相干性好的特点。
[0043]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围的内。
【主权项】
1.一种利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其特征在于，包括:外光注入模块和双腔反馈模块，所述外光注入模块由可调激光源、凸透镜、半透半反镜、光功率计、第一偏振控制器、光隔离器和单模1550nm-垂直腔半导体激光器组成，所述双腔反馈模块由半透半反镜、第三反射镜、第四反射镜、第二偏振控制器、第三偏振控制器和用于降低光功率至适当值的可变衰减器组成，所述光隔离器包括第一光隔离器和第二光隔离器。2.如权利要求1所述的利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其特征在于:还包括位于双腔反馈模块外的第一反射镜、第二反射镜、光谱分析仪和频谱分析仪。3.如权利要求1所述的利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其特征在于:所述凸透镜包括位于可调激光源和偏振控制器之间的第一凸透镜。4.如权利要求1所述的利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其特征在于:所述外光注入模块的半透半反镜包括位于第一偏振控制器和第一反射镜之间的第一半透半反镜。5.如权利要求4所述的利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其特征在于:所述外光注入模块的半透半反镜包括位于第一半透半反镜和第一光隔离器之间的第二半透半反镜。6.如权利要求5所述的利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其特征在于:所述外光注入模块的半透半反镜包括第三半透半反镜和位于第三半透半反镜与第二光隔离器之间的第四半透半反镜。7.如权利要求6所述的利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其特征在于:所述凸透镜包括位于单模1550nm-垂直腔半导体激光器和第三半透半反镜之间的第二凸透镜。8.如权利要求1所述的利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其特征在于:所述双腔反馈模块的半透半反镜包括第六半透半反镜和第七半透半反镜。9.如权利要求8所述的利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其特征在于:所述第二偏振控制器位于第六半透半反镜和第七半透半反镜之间。10.如权利要求9所述的利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置，其特征在于:所述第三偏振控制器位于第三反射镜和第四反射镜之间。
【文档编号】H01S1/02GK205543660SQ201620274165
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】吴加贵, 倪冬原, 张悦, 唐曦, 邓涛
【申请人】西南大学