[發明專利]基于雙波長單頻光纖激光器的微波信號源

有效

• 申請號: 201310074311.8
• 申請日: 2013-03-08
• 公開（公告）號: CN103188019A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 徐善輝;馮洲明;莫樹培;楊中民;張勤遠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H01S1/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及窄帶微波信號源，特別是涉及基于雙波長窄線寬的單縱模光纖激光器的微波信號源（微波信號線寬達kHz級，中心頻率達數十GHz量級）。

?

背景技術

和基于電子振蕩的傳統電子學微波信號發生器相比，基于光子學手段的微波信號發生器體積小，更節能，因此在工業、軍事等領域具有廣泛的應用前景，尤其在射頻光纖網絡、衛星通信、寬帶無線通信等產業中有著重要的地位。衛星通信要求微波信號源體積小，而寬帶無線通信等要求高達數十GHz的微波信號源。傳統的微波信號源或者難以產生高達數十GHz的微波信號，或者信號源體積巨大。

???????目前研究的基于雙波長單縱模激光器的微波信號源，采用的技術方案包括環形腔光纖激光器、長直腔光纖激光器和半導體激光器等。相比于光電外調制技術、光注入鎖定技術和相位鎖定技術等其它基于光子學的微波信號產生技術，基于雙波長單縱模激光器的微波信號源不需要射頻信號參考源，也不需要特殊設計的光學或射頻濾波器，其結構更為簡單，系統成本更低。然而，現有的基于雙波長單縱模激光器的微波信號源，或者受限于激光器兆赫茲級的線寬，無法產生有實際應用意義的窄線寬微波信號，或者受限于激光器長達數米的腔長，模式不穩定且無法集成。

???????利用高摻雜磷酸鹽光纖的高增益特性，和雙通帶濾波器的雙通選頻特性，可以實現短直腔結構的緊湊的基于雙波長單頻光纖激光器的微波信號源。通過對雙波長窄線寬單頻激光信號的外差探測，該信號源可以最終實現線寬達kHz、中心頻率數十GHz的微波信號輸出。

?

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供基于雙波長單頻光纖激光器的微波信號源，即在短直腔結構中產生雙波長激光激射，并產生窄線寬（kHz量級）微波信號的微波信號源。

本發明利用磷酸鹽玻璃纖芯材料的高摻雜和高增益特性，設計制作磷酸鹽玻璃單模光纖作為激光介質材料，采用短直腔結構，結合雙通帶選頻作用，在泵浦光源的持續抽運下，在激光腔內產生kHz量級線寬的雙波長激光激射，再利用低通光電轉換芯片的外差探測，最終實現線寬達kHz量級、中心頻率數十GHz的微波信號輸出。

本發明的的目的通過如下技術方案實現：

基于雙波長單頻光纖激光器的微波信號源，其包括光電轉換芯片、光隔離芯片、雙通帶濾波器、高增益光纖、耦合透鏡和半導體泵浦激光器，其還包括二色鏡或寬帶光纖光柵，光電轉換芯片與光隔離芯片輸出端連接，光隔離芯片輸入端與耦合輸出雙通帶濾波器連接；雙通帶濾波器經高增益光纖與二色鏡或寬帶光纖光柵組成激光腔；半導體泵浦激光器產生的泵浦光經由耦合透鏡耦合后再經由二色鏡至高增益光纖后端的纖芯中，進行纖芯泵浦，雙波長單頻激光信號的兩個不同波長的光波，在光電轉換芯片處相拍，最后在輸出端得到差頻微波信號。

進一步的，所述高增益光纖為稀土摻雜磷酸鹽單模玻璃光纖，其纖芯成分為磷酸鹽玻璃，組成為70P₂O₅-8Al₂O₃-15BaO-4La₂O₃-3Nd₂O₃，所述高增益光纖的纖芯摻雜高濃度的發光離子，所述發光離子為鑭系離子、過渡金屬離子中一種或多種的組合體,所述發光離子摻雜濃度大于1×10¹⁹ions/cm3,且在其纖芯中是均勻摻雜。

進一步的，所述高增益光纖是保偏的稀土摻雜磷酸鹽單模玻璃光纖。

進一步的，所述高增益光纖的單位長度增益大于1?dB/cm，光纖長度為0.5～5cm。

進一步的，所述雙通帶濾波器的通帶頻譜特征表現為位于高增益光纖增益帶寬內的兩個反射峰，兩個反射峰的譜寬都小于0.15nm，反射峰中心波長反射率為10~95%，兩個反射峰中心波長間的頻率間隔大于10?GHz。

進一步的，所述雙通帶濾波器為全光纖結構，是一對反射率和反射譜都相同的均勻光纖光柵構成的F-P濾波器，或是一個相移光纖光柵，或是其它具有類似所述通帶頻譜特征的濾波器。