[發(fā)明專利]一種提高VCSEL微波調(diào)制效率的裝置及方法

在審

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• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112582878A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何俊榮;王可畏;徐四六;劉建霞;李東京
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北科技學(xué)院
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 肖明洲

本發(fā)明公開了一種提高VCSEL微波調(diào)制效率的裝置及方法，可以使用較小的微波功率驅(qū)動VCSEL獲得正負(fù)一級邊帶功率。該裝置使用衍射光柵作為VCSEL的外部反饋元件，VCSEL射出的激光經(jīng)過衍射光柵時發(fā)生衍射，其中衍射光柵的一級衍射光作為反饋光沿原光路返回VCSEL，與VCSEL內(nèi)部底面鏡子組成光學(xué)FP腔，F(xiàn)P腔對從光柵返回的光具有選頻和加強(qiáng)共振的作用，從而可以提高VCSEL微波調(diào)制效率。本發(fā)明所提的裝置只在常規(guī)方案基礎(chǔ)上增加一個光柵，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于實(shí)施，提升微波調(diào)制效率明顯，適合于微波調(diào)制VCSEL光源場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波調(diào)制垂直腔面發(fā)射激光器(VerticalCavity SurfaceEmittingLaser，簡稱VCSEL)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于激光測量領(lǐng)域、光通信領(lǐng)域、被動型相干布居囚禁(CPT，Coherent Population Trapping)原子鐘等領(lǐng)域的提高VCSEL微波調(diào)制效率的裝置及方法。具體涉及一種通過光柵外腔反饋提高VCSEL微波調(diào)制效率的裝置及方法，利用該裝置可以實(shí)現(xiàn)以更小的微波功率得到正負(fù)一階邊帶功率。

背景技術(shù)

VCSEL具有光束發(fā)散角小、發(fā)光電流低、體積小、成本低、易于集成、易于與光纖耦合、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為激光測量領(lǐng)域、光通信領(lǐng)域、CPT原子鐘等領(lǐng)域的重要光源。特別是在便攜式設(shè)備或者長時間工作的低功耗設(shè)備中，選擇VCSEL作為激光光源具有很大優(yōu)勢。

實(shí)際應(yīng)用中常對VCSEL施加微波調(diào)制，將輸出多色光中的正負(fù)一級邊帶作為有用信號進(jìn)行處理或傳輸。即對VCSEL的驅(qū)動電流進(jìn)行直接調(diào)制，用微波信號(頻率為GHz)和直流電流疊加后，驅(qū)動VCSEL從而獲得相干多色光，利用其中正負(fù)一級邊帶作為相干雙色光，或者作為傳輸信號使用。

VCSEL在直流電流驅(qū)動下，輸出頻率為f₀的激光，激光頻譜示意圖如圖1(a)所示。對VCSEL的驅(qū)動電流加載頻率為f_m的微波信號調(diào)制后，VCSEL輸出調(diào)頻多色光光譜如圖1(b)所示，相鄰邊帶的頻率差均為f_m，f₀表示調(diào)頻多色光中的基頻成分，f₀±f_m表示正負(fù)一級邊帶成分。當(dāng)VCSEL受到微波調(diào)制后，激光總功率保持不變，激光能量從基頻向各階邊帶轉(zhuǎn)移，各階邊帶的光強(qiáng)正比于貝塞爾系數(shù)的平方其中I₀為VCSEL輸出激光的總光強(qiáng)，m_f為VCSEL微波調(diào)制指數(shù)，J_n(m_f)為第一類貝塞爾函數(shù)。

由可知，調(diào)制指數(shù)m_f越大，高階邊帶功率在激光總功率占有的比例越大，即無用光功率增大。實(shí)際應(yīng)用中，常采用調(diào)制指數(shù)m_f小于2的淺調(diào)制，使激光能量主要集中在正負(fù)一階邊帶。在淺調(diào)制條件下，正負(fù)一級邊帶的功率近似正比于輸入的微波信號功率。本發(fā)明基于此問題，提出一種提高VCSEL微波調(diào)制效率的裝置及方法，實(shí)現(xiàn)以更小的微波功率得到正負(fù)一階邊帶功率。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提出一種提高VCSEL微波調(diào)制效率的裝置及方法，以實(shí)現(xiàn)以較小的微波功率得到較大的正負(fù)一階邊帶功率。

本發(fā)明的裝置采用的技術(shù)方案是：一種提高VCSEL微波調(diào)制效率的裝置，其特征在于：包括直流發(fā)生器、微波發(fā)生器、偏置器、VCSEL、透鏡、衍射光柵、壓電陶瓷；

所述直流發(fā)生器、微波發(fā)生器分別與所述偏置器連接，所述偏置器與所述VCSEL連接；所述壓電陶瓷軸向一端固定粘貼在所述衍射光柵上，所述透鏡和衍射光柵均設(shè)置在所述VCSEL發(fā)射的光路中；

所述直流發(fā)生器產(chǎn)生的直流和所述微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波通過所述偏置器疊加后驅(qū)動所述VCSEL產(chǎn)生發(fā)散光，所述發(fā)散光經(jīng)所述透鏡變成平行光束后經(jīng)過所述衍射光柵衍射，其一級衍射光沿原路返回到所述VCSEL以實(shí)現(xiàn)外腔反饋，其零級衍射光則作為輸出光束。