[发明专利]利用长波长垂直腔激光器的低噪声光子微波源装置

说明书

技术领域

本发明涉及信息技术领域，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

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(Radio-over-Fiber，ROF)、手机的4G、5G技术 等领域都有诱人的应用前景。

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。

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。

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。

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。

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。

鉴于以上现有技术的缺点，本发明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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案是这样实现的：

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。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

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。

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。

3.系统方案可产生的微波信号频率高于30GHz，信号宽度小于 1MHz；该信号具有噪声低，线宽窄，相干性好的特点。

本发明进一步的改进如下：

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。