[发明专利]一种基于直调式光注入半导体激光器的光电振荡器

说明书

本发明公开了一种基于直调式光注入半导体激光器的光电振荡器。本发明利用半导体激光器在外部光注入下呈现出的单周期振荡行为特性，使用一个直调式光注入半导体激光器同时实现电光调制与电学滤波的功能，无需额外的电光调制器与电滤波器。通过调节进入到直调式光注入半导体激光器中的光功率以及两个激光器间的频率差，实现对光生微波信号频率的调谐，同时利用外加射频源对基于直调式光注入半导体激光器构成的光电振荡环路产生的微波信号进行锁定，得到频率可调的、稳定的、高质量的微波信号。

技术领域

本发明属于微波光子学技术领域，具体涉及一种基于直调式光注入半导体激光器的光电振荡器。

背景技术

光电振荡器是一种基于微波光子学的光生微波技术，因其在毫米波以及亚毫米波段能产生高频率、低相位噪声的微波信号而受到广泛的研究与关注。相比于传统振荡器而言，光电振荡器采用光学谐振腔，具有高Q值的特点，系统本身的相位噪声特性不随产生微波信号频率的上升而出现恶化，适用于高频信号的产生，且同时具有电与光两种信号的输出模式，在雷达、无线通信及电子战等领域具有广泛的应用，是一种极为优质的微波信号产生方法。

一般的光电振荡器使用长光纤实现高Q值、低相噪的系统特性。随着使用光纤长度的增加，光电振荡器起振信号的模式间隔会降低，这增加了对电滤波器的带宽要求；高频范围内的窄带微波滤波器成本高，调谐范围受限。另外，传统经典光电振荡器使用电光调制器实现电光转换，增加了系统的成本与复杂性；同时，外调制器调制效率受限，需要微波放大器提供较高的增益才能起振，但放大器增益越高，系统中引入的噪声越大，直接影响了光电振荡获取的微波信号的质量。故亟需设计一种能够具备更高的调制效率，更加简便且具有高频率、低相噪特性的光电振荡器。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于直调式光注入半导体激光器的光电振荡器，不需要外加电光调制器与微波滤波器，用于解决上述现有技术中存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明采用的基于直调式光注入半导体激光器的光电振荡器是一个不含有电光调制器与微波滤波器的光电振荡环路，包括激光器1(即第一激光器)、可调光衰减器、偏振控制器、激光器2(即第二激光器)、光环形器、单模光纤、光电转换器、电分路器、电合路器、射频源以及微波放大器；其中所述激光器1依次连接所述可调光衰减器、偏振控制器和光环形器1端口将输出光波注入到与光环形器2端口连接的所述激光器2后，所述光环形器3端口通过所述单模光纤与所述光电转换器连接；所述光电转换器通过电缆与所述微波放大器、所述电分路器、所述电合路器以及所述激光器2连接形成环路，且所述射频源提供的射频信号通过所述电合路器直接对所述激光器2进行调制，通过调节所述激光器1提供的注入光以及所述射频源提供的射频信号的功率及频率，在所述电分路器的其中一个输出端口输出高质量微波信号。

进一步地，激光器1是波长可调、且具有一定光功率输出的激光器，用于提供波长可调、功率可调的注入光信号；

优选地，激光器1通常是波长灵活可调的激光源，可以是分布反馈激光器、分布布拉格反射镜激光器、垂直腔面发射激光器以及外腔激光器，可以方便准确地控制激光器1与激光器2之间的频率差，具有波长稳定性好、功率稳定度高、线宽窄的特点。

进一步地，所述光环形器是用于将光信号依次通过1端口、2端口到3端口进行单向传输，1端口、2端口和3端口分别与所述激光器1和所述激光器2的输出端口、所述单模光纤连接；

优选地，所述激光器1与所述光环形器间依次连有可调光衰减器与偏振控制器，其中所述可调光衰减器对所注入的光信号进行功率调节，所述偏振控制器对所注入的光信号进行偏振态的控制与调节，使激光器1与激光器2之间的光注入过程在激光器2的谐振腔中具有最优的注入效率；

进一步地，所述激光器2是允许外光注入的、允许射频信号直接调制的半导体激光器，具有射频调制端口，可接受射频/微波信号的直接调制，称之为直调式光注入半导体激光器；