[发明专利]一种基于激光器相控阵列的线性啁啾微波信号产生装置

说明书

本发明属于微波光子技术领域，为解决现有微波信号产生装置输出功率不高的问题公开了一种基于激光器相控阵列的线性啁啾微波信号产生装置，包括：外部光源激光器、光衰减器、第一偏振控制器、强度调制器、波形发生器、第二偏振控制器、光环行器、激光器相控阵列和光电二极管。激光器相控阵列由多个节点激光器集成，外部光信号只注入到激光器相控阵列中的一个节点激光器，在适当的注入功率下，激发激光器相控阵列的单周期振荡输出，激光器相控阵列中的所有节点激光器间采用负折射率引导和增益引导的波导结构，使得具有相同的振荡频率和相位，实现了输出功率增强；具有高度集成性、高功率化及产生多路并行的同频同相线性啁啾微波信号的优点。

技术领域

本发明涉及微波光子技术和雷达领域，具体涉及基于光注入激光器相控阵列的线性啁啾微波信号产生装置。

背景技术

半导体激光器是用半导体材料作为工作物质实现激光输出的器件。它体积小、寿命长，并采用简单的注入电流的方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。由于这些优点，半导体激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面得到了广泛的应用。线性啁啾波形是雷达最常用的发射信号波形，能够通过脉冲压缩技术来提高雷达的探测距离及探测精度。近年来，随着光子学技术的发展，研究人员开始用半导体激光器等光子学器件代替传统的电子器件来产生线性啁啾微波信号，从而解决电子器件在中心频率和带宽方面具有的局限性。例如：基于扫频光电振荡器的线性啁啾微波信号产生方案(参见[P. Zhou， F. Zhang， and S. Pan， “Generation of linearfrequency-modulated waveforms by a frequency-sweeping optoelectronicoscillator，” Journal of Lightwave Technology 36(18)， 3927-3934 (2018).])；基于双极化平行马赫-曾德尔调制器的产生方案(参见[P. Li， L. Yan， J. Ye， X. Zou， B.Luo， and W. Pan， “Photonic approach for the generation of switchable down-，up-， and dual-chirped linear frequency-modulated microwave signals，” OpticsLetters 45(7)， 1990-1993 (2020).])。这些方案都是使用半导体激光器来产生线性啁啾微波信号。一般情况下，半导体激光器温度越高，波长越长，但这也会导致发光强度减小。

因此多数半导体激光器的驱动电流限制在20 mA左右，其输出功率在几十mW左右。随着现代通信对于激光器输出功率的要求越来越高，单个半导体激光器已越来越不能满足输出功率的要求。通过波导耦合技术，将多个激光器集成在一起形成线阵或者面阵，可以到达几kW的光功率输出。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于激光器相控阵列的线性啁啾微波信号产生装置及方法，以解决现有常用方法呈现的缺点—（1）单个半导体激光器输出功率不高，（2）分立激光器系统尺寸过大，能耗过高。基于相控阵列的优势，本装置还具有可实现多路并行的同频同相信号输出的特点。

本发明提供了一种基于激光器相控阵列的线性啁啾微波信号产生装置，包括：外部光源激光器、光衰减器、第一偏振控制器、强度调制器、波形发生器、第二偏振控制器、光环行器、激光器相控阵列和光电二极管；其中：所述的激光器相控阵列由在特定平面波导耦合下的多个节点激光器封装集成，所述外部光源激光器、光衰减器、第一偏振控制器、强度调制器、第二偏振控制器通过光纤顺次相连；波形发生器的输出端通过射频线连接于强度调制器的射频端；第二偏振控制器的输出端连接到光环形器的第一个端口；激光器相控阵列的输出端连接到光环形器的第二个端口；光环器的第三个端口与光电二极管相连接；线性啁啾微波信号从光电二极管的输出端导出。