[實(shí)用新型]一種基于光電反饋VCSEL的雙路微波頻率梳發(fā)生器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520563315.7
• 申請(qǐng)日: 2015-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN204885802U
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何秀;鄧濤;唐曦;吳加貴;劉博海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S1/02
• 分類號(hào): H01S1/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 裴娜

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種基于光電反饋VCSEL的雙路微波頻率梳發(fā)生器，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微波頻率梳是指一系列頻率間隔相等的梳狀微波信號(hào)。目前，微波頻率梳發(fā)生器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)生活中。如微波頻率梳信號(hào)在鎖相環(huán)中常被用做諧波信號(hào)源或用于電磁干擾中的測(cè)量和頻譜分析儀的校準(zhǔn)；微波頻率梳信號(hào)可用于電磁兼容性(EMC)測(cè)試；此外，微波頻率梳信號(hào)在電子雷達(dá)對(duì)抗，毫米波通信，軍事偵察等軍事領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的微波頻率發(fā)生技術(shù)基本上都是基于電容或電阻的非線性電路來獲取微波頻率梳信號(hào)。利用電學(xué)方式產(chǎn)生的微波頻率梳，雖然帶寬可達(dá)幾個(gè)GHz甚至十幾個(gè)GHz，但是由于梳距不能靈活調(diào)節(jié)而使其應(yīng)用受到極大地限制。在利用光學(xué)方案產(chǎn)生微波頻率梳方面，目前主要的方式是利用光學(xué)頻率梳經(jīng)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換而獲得微波頻率梳信號(hào)，然而這種頻率梳通常還需要引入復(fù)雜的譜色散管理，因而導(dǎo)致基于光學(xué)頻率梳獲得微波頻率梳的系統(tǒng)比較復(fù)雜，系統(tǒng)造價(jià)也比較昂貴。此外，利用光學(xué)非線性效應(yīng)也可從實(shí)驗(yàn)上獲得諧波達(dá)GHz水平的微波頻率梳信號(hào)，但所獲得的微波頻率梳還存在梳線功率不均衡、含有較多的非諧波毛刺等問題。

眾所周知，半導(dǎo)體激光器(SLs)在光反饋、光注入、光電反饋等外部擾動(dòng)下可呈現(xiàn)出單周期、倍周期甚至混沌等一系列豐富的非線性動(dòng)力學(xué)行為，這些動(dòng)力學(xué)行為已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光生微波、混沌保密通信、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器等領(lǐng)域。相應(yīng)的，基于SLs非線性動(dòng)力學(xué)的微波頻率梳產(chǎn)生技術(shù)也受到了人們的關(guān)注。研究者利用SLs在外部擾動(dòng)下的諧波頻率鎖定獲得了帶寬達(dá)3GHz的微波頻率梳信號(hào)。最近，我們也利用非相干光反饋SLs的非線性動(dòng)力學(xué)獲得了帶寬達(dá)15GHz的微波頻率梳信號(hào)。然而，上述微波頻率梳產(chǎn)生方案都是基于邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器(EELs)來實(shí)現(xiàn)的。相比EELs，垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL因具有低閾值電流、大調(diào)制帶寬、容易與光纖耦合、易集成等優(yōu)勢(shì)而有望取代EELs成為未來光信號(hào)處理的關(guān)鍵器件。相應(yīng)的，基于VCSEL的非線性動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用的研究受到了人們的廣泛關(guān)注。特別是，VCSEL的有源區(qū)或腔存在微弱的各向異性導(dǎo)致其輸出可能存在兩個(gè)正交的偏振分量，且在適當(dāng)?shù)钠秒娏飨耉CSEL可同時(shí)輸出兩個(gè)正交的偏振分量,這為雙路微波頻率梳信號(hào)的獲取提供了可能，顯然，這種雙路微波頻率梳發(fā)生技術(shù)相比其他微波頻率梳產(chǎn)生方案有著巨大的優(yōu)勢(shì)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種基于光電反饋VCSEL的雙路微波頻率梳發(fā)生器，以達(dá)到能夠利用半導(dǎo)體激光器的非線性動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生雙路微波頻率梳信號(hào)的目的。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種基于光電反饋VCSEL的雙路微波頻率梳發(fā)生器，包括信號(hào)發(fā)生器模塊、光電反饋模塊和控制模塊；

所述信號(hào)發(fā)生器模塊包括垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL、溫度控制器、電流控制器、非球面透鏡a、分束鏡、隔離器、半波片、偏振分束器，所述垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL分別與所述溫度控制器輸入端和所述電流控制器輸入端連接，所述垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL發(fā)射出的光束經(jīng)所述非球面透鏡a后通過分束鏡分為兩部分，一部分光束進(jìn)入光電反饋模塊，另一部光束分別依次通過所述隔離器、所述半波片后進(jìn)入所述偏振分束器，所述偏振分束器將兩個(gè)偏振分量分離；

所述光電反饋模塊包括非球面透鏡b、光纖準(zhǔn)直器a、光電探測(cè)器a、電放大器、電衰減器和射頻偏置器，所述非球面透鏡b接受來自分束鏡的光束后，光束依次通過所述光纖準(zhǔn)直器a、所述光電探測(cè)器a、所述電放大器、所述電衰減器和所述射頻偏置器后反饋回垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL，形成光電反饋。

所述控制模塊包括與所述信號(hào)發(fā)生器模塊和所述光電反饋模塊相連的數(shù)據(jù)采集卡和電腦。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)，所述VCSEL的中心波長(zhǎng)為850nm。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)，所述光電探測(cè)器均為12GHz寬帶光電探測(cè)器。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制模塊采用Labview編程控制系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的工作原理及有益效果：

工作原理：本實(shí)用新型首先利用控制模塊調(diào)節(jié)VCSEL的工作電流和溫度，使激光器工作在雙模共存區(qū)，然后調(diào)節(jié)光電反饋的強(qiáng)度和時(shí)延，使VCSEL的兩個(gè)偏振分量均工作于諧波頻率鎖定的脈沖態(tài)，然后利用半波片和偏振分束鏡將兩個(gè)偏振分量分離，最后將兩個(gè)分量的光信號(hào)經(jīng)光電探測(cè)器后轉(zhuǎn)換成兩路微波頻率梳信號(hào)。

本實(shí)用新型的有益效果：

1、相比通常的微波頻率梳發(fā)生器，因采用VCSEL作為核心器件，整個(gè)系統(tǒng)體積小，易集成，且成本低；