[發明專利]基于半導體激光器單周期振蕩的波形產生裝置及方法

在審

• 申請號: 202010434314.8
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111478176A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 周沛;張仁恒;李念強;包華龍
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00;H01S5/026
• 代理公司: 蘇州智品專利代理事務所(普通合伙) 32345
• 代理人: 王利斌

本發明公開了基于半導體激光器單周期振蕩的波形產生裝置及方法，屬于微波光子技術領域。主激光器的輸出光經過微波信號源的相位調制后同時注入n個從激光器激發n個從激光器的單周期振蕩態。設置光注入強度和從激光器的工作電流，使得各個從激光器在相位調制光邊帶鎖定下的單周期振蕩頻率滿足諧波頻率關系，并且具有穩定的相位關系，因此可以實現傅里葉合成。獨立控制每一個從激光器單周期振蕩輸出光信號的功率和相位，經光電轉換后可以獲得定制的微波任意波形信號。本發明無需光學頻率梳、成本低、結構簡單；無需復雜的濾波和選頻、易于操作、產生信號質量高；產生微波任意波形信號的頻率高達幾十GHz。

技術領域

本發明涉及微波光子技術領域，具體涉及基于光注入半導體激光器單周期振蕩的波形產生裝置及方法。

背景技術

微波任意波形產生技術是一種可以根據需求輸出具有任意波形形狀的微波信號的技術，微波任意波形可為雷達、導航、超聲和儀表系統等提供信號源，其在民用以及軍事等領域有廣泛應用。研究人員一直沒有停止過相關研究：傳統微波任意波形產生是在電子學領域基于直接數字頻率合成來實現的，受限于電子器件本身屬性，其生成的任意波形信號頻率以及帶寬都比較低，通常為幾百MHz到幾GHz。近年來，隨著光子學技術的發展，研究人員開始用光子學器件代替傳統的電子器件來產生任意微波波形，從而解決電子器件在頻率和帶寬方面具有的局限性。例如：利用空間光調制器或可編程光處理器對寬帶光譜信號進行逐根譜的單獨操線控來產生任意波形的方案(參見[Z.Jiang,D.E.Leaird,andA.M.Weiner,“Optical arbitrary waveform generation and characterization usingspectral line-by-line control,”Journal of Lightwave Technology 24(7),2487-2494(2006).])；基于光學頻率梳的任意波形產生方案(參見[W.Xie,Z.Xia,Q.Zhou,H.Shi,Y.Dong,and W.Hu,“Photonic generation of low phase noise arbitrary chirpedmicrowave waveforms with large time-bandwidth product,”Optics Express 23(14),18070-18079(2015).])；基于兩個級聯馬赫-曾德爾調制器作為脈沖整形器的產生方案(參見[Y.He,Y.Jiang,Y.Zi,G.Bai,J.Tian,Y.Xia,X.Zhang,R.Dong,and H.Luo,“Photonicmicrowave waveforms generation based on two cascaded single-drive Mach-Zehnder modulators,”Optics Express 26(6),7829-7841(2018).])。目前報道的任意波形產生方案大多受限于高速電光調制器、光學頻率梳和光學濾波器。光學頻率梳和和光學濾波器的使用一方面使得系統結構復雜且成本較高，另一方面光域濾波整形的精度較低導致產生信號的信號質量較差。

發明內容

本發明為解決現有基于光學頻率梳和和光學濾波器的方案結構復雜、光域濾波整形精度較低的問題，提供基于半導體激光器單周期振蕩的波形產生裝置，包括：主激光器、相位調制器、微波信號源、1×n光耦合器、n個單周期振蕩支路、n×1光耦合器和光電探測器；所述相位調制器上設置有光輸入端以及射頻輸入端；光電探測器上設置有輸入端和輸出端；

主激光器的輸出端、相位調制器的光輸入端、1×n光耦合器的輸入端依次連接，微波信號源的輸出端與相位調制器的射頻輸入端連接；