专利名称：光纤光栅外腔激光器毫米波发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及载波光纤通信，特别是一种光纤光栅外腔激光器毫米波发生器。主要应用于毫米波波段的调制的副载波光纤通信技术中。
背景技术：
随着移动通信的迅速发展，对通信容量的需求越来越高。为提高信息容量，无线通信的电磁波载波的频率必须进一步提高。从目前的微波波段提高到毫米波波段，是下一代无线通信发展最有希望的目标，受到各国科技界的重视。在这一技术中，移动通信基站与中心局之间的信息传输仍然采用光纤；但是在光纤中传送的光波是一个毫米波调制的光波，信息被载在毫米波副载波上。在基站中，光波被接收后转化为毫米波，直接从自由空间发射出去，到用户的手机。因此毫米波发生器在这一技术中是一个关键元件；尤其是因为基站数量巨大，低成本、高可靠性的毫米波发生器是研究开发的热点。
对毫米波副载波发生器的研究工作，已经有不少报道。一种技术路线是采用一个单频激光器及其经过移频产生的第二个单频光束，两光波在光纤中合波后由于拍频产生相当于移频量的毫米波调制。在先技术之一，R.P.Braun等在[IEEE Photonics Technol.Lett.，Vol.10，No.5，1998，p728]提出光注入锁定(OIL)技术。在先技术之二，A.C.Bordonalli等[J.Lightwave Technol.，Vol.17，No.2，1999，p328]在OIL技术基础上改进，提出光注入锁相环(OIPLL)方法。它采用一个主激光器和一个副激光器，两者之间的光频差通过一个移频锁相环锁定。OIL和OIPLL方法具有副载波频率稳定等优点。但是都比较复杂，成本比较高。在先技术之三，T.Taniguchi and N.Sakurai在2004年OpticalFiber Communication Conference，paper FE1中提出，采用两个独立的激光器实现两步拍频的方法，产生毫米波载波。它也具有低成本的优势。但是由于采用两独立激光器，其频率的稳定性还有待检验。在先技术之四，[U Gliese et.al.，IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORYAND TECHNIQUES，VOL.46，NO.5，MAY 1998，p458]提出基于远端外差探测技术实现多功能光纤微波链路的方案。其基本思想是，在中心局产生的两列激光光波通过光纤传送后，在远端的基站转换为微波，这一方案在总体布局上提出了一种新的思路，但是仍然要求在中心局用两个激光器，互相稳频锁定，有较高的技术难度。
发明内容
本发明的目的是针对毫米波副载波光通信的技术要求，克服上述现有技术的不足，提供一种光纤光栅外腔激光器毫米波发生器，以降低其成本，提高工作可靠性。
本发明的技术解决方案如下一种用于毫米波波段的调制的副载波光纤通信的光纤光栅外腔激光器毫米波发生器，包括一半导体激光器，其特征在于所述的半导体激光器的管芯具有高反射膜的后腔面和镀有增透膜的前腔面，该半导体激光器由激光器的驱动器驱动，所述的前腔面与一光纤耦合，该光纤上具有反射谱峰值波长分别为λ1和λ2的第一光纤光栅和第二光纤光栅，而且第一光纤光栅和第二光纤光栅的峰值波长满足下列关系式δλ＝λ2-λ1＝(λ2/c)v式中λ为λ＝(λ1+λ2)/2，c为光速，v为所需毫米波的频率。
所述的管芯为条形结构，该条形结构在前腔面处稍微弯曲，弯曲的角度为5°-10°。
所述的光纤与所述的前腔面耦合的一端呈微透镜。
本发明光纤光栅外腔激光器毫米波发生器与现有技术相比的优点在于(1)结构简单，只要一个激光器就可以代替其它方案的两个激光器；激光波长决定于光纤光栅，光纤材料折射率的温度稳定性比一般激光器的半导体材料好得多，且不受器件工作电流的影响；外界的影响对于两个激光波长的影响相同，具有工作稳定可靠的优点；(2)毫米波的产生由两光束的拍频产生，不需要另外的电子学毫米波信号源；(3)材料和制造成本低廉，适合于大批量生产和使用。
图1为本发明光纤光栅外腔激光器毫米波发生器结构示意2为本发明光纤光栅外腔激光器毫米波发生器泵浦电流和输出光脉冲波形示意3为本发明光纤光栅外腔激光器毫米波发生器另一实施例部分结构示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1为本发明光纤光栅外腔激光器毫米波发生器结构示意图，由图可见，本发明光纤光栅外腔激光器毫米波发生器，包括一半导体激光器，所述的半导体激光器的管芯1具有高反射膜的后腔面4和镀有增透膜的前腔面5，该半导体激光器由激光器的驱动器6驱动，所述的前腔面5与一光纤2耦合，该光纤2上具有反射谱峰值波长分别为λ1和λ2的第一光纤光栅31和第二光纤光栅32，而且所述的第一光纤光栅31和第二光纤光栅32的峰值波长满足下列关系式
δλ＝λ2-λ1＝(λ2/c)v式中λ为λ＝(λ1+λ2)/2，c为光速，v为所需毫米波的频率。
所述的管芯(1)为条形结构，如图3所示，该条形结构近前腔面5处稍微弯曲，弯曲的角度为5°-10°。所述的该光纤2与所述的前腔面5耦合的一端具有微透镜21。
本发明的工作原理如下半导体激光器的管芯1的工作波长选为光纤通信常用波段，一般为1550nm波段。在光纤2上制作的第一光纤光栅31和第二光纤光栅32的反射谱的峰值波长为λ1和λ2。管芯1前腔面5镀了增透膜之后，阈值电流大大增加，以致不能激射。与光纤2耦合后，从前腔面5出射的光束耦合进入光纤2；受到第一光纤光栅31和第二光纤光栅32的反射的波长为λ1和λ2的光波，又耦合回管芯1。这样，在管芯后腔面4与光纤光栅31和32之间构成了激光谐振腔。激光器就在λ1和λ2二个波长下激射，构成一个双波长的光纤光栅外腔激光器。这样，二个波长的激光光波将发生拍频，如下式所示I(t)=|A1(t)e1ω1t+A2(t)e1ω2t|=A12+A22+2A1A2cos(ω2-ω1)t]]>拍频频率等于两激光频率之差。在制作光纤光栅时设计并控制好波长λ1和λ2，使其满足频率差等于所需要的毫米波频率的要求，即满足如下条件δλ＝λ2-λ1＝(λ2/c)v式中λ为λ＝(λ1+λ2)/2，c为光速，v为所需毫米波的频率。就可以实现毫米波调制的光波。系统需要传送的信息，由激光器驱动器6，通过加在管芯1上的电流来改变光输出功率，以强度调制方式，或其它常规的格式，加入到毫米波载波上去。图2显示光纤光栅外腔激光器毫米波发生器的工作过程。图中A为由驱动器6发出的、注入到激光器管芯1的工作电流的波形。B为光纤2从光纤光栅外腔激光器得到的被毫米波调制的光脉冲波形。
图5为本发明的光纤光栅外腔激光器毫米波发生器的另一实施例部分结构示意图。图中1为半导体激光器管芯。它用InGaAsP/InP多量子阱材料制作。11为半导体激光器的条形结构。在该结构中，条形发光区在高反射镀膜面4处与半导体材料的解理面垂直，以获得尽可能高的反射率。在输出端增透镀膜的前腔面5处，条形稍呈弯曲，以减少由解理面直接反射回有源区的光能量。弯曲的角度大致为5-10度。外腔激光器由在光纤2上制作的第一光纤光栅31和第二光纤光栅32构成。为了提高耦合效率，在光纤头部采用腐蚀、磨抛和电火花加工技术制作了光纤微透镜21。
权利要求
1.一种用于毫米波波段的调制的副载波光纤通信的光纤光栅外腔激光器毫米波发生器，包括一半导体激光器，其特征在于所述的半导体激光器的管芯(1)具有高反射率的后腔面(4)和镀有增透膜的前腔面(5)，该半导体激光器由激光器驱动器(6)驱动，所述的前腔面(5)与一光纤(2)耦合，该光纤(2)上具有反射谱峰值波长分别为λ1和λ2的第一光纤光栅(31)和第二光纤光栅(32)，而且第一光纤光栅(31)和第二光纤光栅(32)的峰值波长满足下列关系式δλ＝λ2-λ1＝(λ2/c)ν式中λ为λ=(λ1+λ2)2,]]>c为光速，ν为所需毫米波的频率。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅外腔激光器毫米波发生器，其特征在于所述的管芯(1)为条形结构(11)，该条形结构(11)近前腔面(5)处稍微弯曲，弯曲的角度为5°-10°。
3.根据权利要求1或2所述的光纤光栅外腔激光器毫米波发生器，其特征在于所述的光纤(2)与所述的前腔面(5)耦合的一端呈微透镜(21)。
全文摘要
一种用于毫米波波段的调制的副载波光纤通信的光纤光栅外腔激光器毫米波发生器，包括一半导体激光器，所述的半导体激光器的管芯具有高反射率的后腔面和镀有增透膜的前腔面，该半导体激光器由激光器驱动器驱动，所述的前腔面与一光纤耦合，该光纤上具有反射谱峰值波长分别为λ
文档编号H04B10/00GK1738118SQ20051002905
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月24日 优先权日2005年8月24日
发明者方祖捷, 瞿荣辉, 耿健新 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所