[發明專利]基于邊帶注入鎖定用于產生高頻微波的集成光電子器件

無效

• 申請號: 200910085479.2
• 申請日: 2009-05-22
• 公開（公告）號: CN101566777A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 孫長征;黃縉;熊兵;羅毅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;H01S5/026;H04B10/155
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱 琨

技術領域

本發明屬于微波光子學領域的光電子器件制備技術領域，特別涉及一種利 用邊帶注入鎖定產生高頻微波的集成光電子器件。

技術背景

本發明是一種用邊帶注入鎖定產生高頻微波的集成光電子器件，然后通過 光外差來產生高頻微波，其應用范圍十分廣泛，包括無線局域網、天線遠程控 制等。下面首先簡要介紹高頻微波或者毫米波在無線通信中的重要性，然后介 紹光電子技術在毫米波無線通信中的應用。

近年來，隨著光纖網絡和互聯網絡(Internet)的不斷發展，以Internet為載 體的語音、圖像、數據、視頻、以及多媒體業務大大刺激了人們對于通信速率 的需求。以波分復用技術(WDM)為基礎的光纖通信技術迅速發展并得到廣泛 應用，已成為干線系統物理層最為有效的傳輸手段。但另一方面，連接用戶終 端與干線光纖網絡的接入網的通信速率卻還處于較低的水平。目前，處于整個 通信鏈路之中的“first?mile”(或稱為“last?mile”)的接入網成為了高速通信技 術的瓶頸，因此下一代高速接入技術成為近年來研究的熱點。在各種接入技術 之中，高速無線接入技術由于具有終端可移動的靈活性而備受關注。提高傳輸 速率最為行之有效的方法是采用頻率更高的電磁波作為通信載波，因此使用比 目前移動通信載波(800MHz～1.9GHz)頻率更高的毫米波(30GHz～300 GHz)，可以支持傳輸速率超過Gb/s的高速無線接入。由于毫米波段的微波在高 速無線通信方面展現出的潛力，美國、日本、德國等多個國家目前都在進行毫 米波無線接入技術的研究，其中核心的研究內容包括接入網系統結構、毫米波 的產生和傳輸技術。

由于毫米波具有極高的頻率，如果采用傳統的同軸電纜進行傳輸則其損耗 十分嚴重。同時，采用電域的方法產生和處理毫米波信號也存在成本較高的問 題。一個有效的解決方案是將毫米波無線接入與光波技術相結合，利用光波作 為載波傳輸毫米波信號，可以有效的降低其傳輸損耗，即通常所說的RoF(Radio? over?Fiber)技術。同時，可以利用光波技術實現毫米波信號的產生，從而有效 地降低無線接入系統的復雜度和成本。

若要在光波上加載頻率為f的毫米波，可以直接利用毫米波振蕩器產生頻率 為f的信號并采用高速光調制器將該信號加載到光波上。但由于目前毫米波振蕩 器和工作在毫米波頻段上的高速光調制器價格仍然十分昂貴，因此限制了接入 系統的成本。另一方面，可以采用光外差的方法產生毫米波信號，即利用兩個 頻率差為f的光信號在光電探測器中通過差頻產生頻率為f信號。由于這種方法 不需要毫米波振蕩器和高速光調制器，可以極大的降低系統成本。同時，該方 法還可以與光波分復用技術相結合，同時調制多個信道，從而進一步降低整個 系統的成本和簡化系統結構。因此，光差頻型毫米波無線接入網結構簡單，成 本低廉，非常適合于下一代的寬帶無線接入網。目前，利用光外差法產生微波 或者毫米波的技術主要包括雙波長激光器、鎖模激光器、光鎖相環、邊帶注入 鎖定等方案。下面，對邊帶注入鎖定方案的原理進行說明，以便理解本發明提 出的新器件的特點和優勢。

理論上，將兩個頻率差為f的激光器輸出的光信號耦合在一起，就可以利用 光電探測器的平方檢波效應得到頻率為f的微波信號。但是，作為光通信用的光 源，半導體激光器的線寬比較大，一個普通的分布反饋型(Distributed?Feedback， DFB)半導體激光器的線寬往往在MHz的量級，因此兩個獨立的DFB激光器 進行自由拍頻后，得到的微波信號的相位噪聲很大，無法滿足無線通信的要求。 一個解決辦法是利用注入鎖定(Injection?Locking)來實現低相位噪聲。