專利名稱：基于垂直腔面發射激光器的寬帶信號慢光可調延時器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及全光分組交換網絡中的光緩存、光學傳感、圖像處理等技術領域領域，具體涉及光纖通信系統中寬帶信號慢光可調延時器領域。
背景技術：
當今，人類的生產生活不斷向著數字化、信息化的方向邁進，亟待實現準確、高速、大容量的信息存儲和傳輸。傳統的通信技術越來越無法滿足人們的這一需求，信息的全光存儲和傳輸逐漸成為了現今關注的熱點。目前，在光存儲領域控制光脈沖的緩存長度和群速度都可以實現信息的存儲。根據這兩種方式，人們逐漸探索實現全光存儲的方案。1991年，I. Chlamtac等人提出了基于光纖延遲線+光開關的存儲方案，它利用光纖的延遲特性配合光開關來調節延遲時間，就構成了 “交換延遲線”。這種結構的光纖緩存器，是以光信號經歷不同長度的光纖路徑來調·節光信號的延遲時間的，它結構復雜并且不具備讀寫的功能，因此理論上不是真正意義的緩存器。同年，斯坦福大學利用提出的電磁誘導透明(EIT)技術，首次在Sr原子中觀察到慢光延時現象。隨后Hau，Harris等人于1999年利用利用接近絕對零度的鈉原子蒸汽作為介質，將光速減慢到17m/s。這些成果雖然都曾一度引起轟動，但是離實際應用相去甚遠，因為將Na原子等氣體原子冷卻到納開量級的溫度非常困難，而且耗資巨大如果能在室溫固體中實現超慢光速，其應用才顯得更加現實。利用VCSEL實現慢光延時主要是基于相干布局數震蕩效應，依據K-K關系，當器件工作在閾值以下作為垂直腔半導體光放大器(VCSOA)使用時，增益譜中尖銳的增益峰將導致相位正色散在該頻譜范圍內迅速增大，從而引起信號的慢光延時。基于該原理，Chang-Hasnain等人首次觀測到不同頻率的正弦信號能夠在VCSELs中獨立產生延遲；隨后P. C. Peng等人又研究了正弦信號的調制頻率對延遲時間的影響。在對此方法的研究和時間過程中，本實用新型的申請人發現目前的研究集中于對正余弦等單頻信號的慢光延時方面，而對現今應用廣泛的偽隨機二進制序列的慢光延時還沒有實質性的研究。
實用新型內容鑒于以上陳述的已有技術的不足，本實用新型旨在提供一種新的在室溫條件下工作的慢光可調時延器，能夠使得寬帶信號在垂直腔面發射激光器激光器中產生延時。本實用新型采用的技術方案是一種基于垂直腔面發射激光器的寬帶信號慢光可調時延器，包括偽隨機二進制序列發生器(PRBS源)，可調諧激光器，馬赫增德爾調制器，偏振控制器，可調光衰減器，光耦合器，光功率計，光環路器，量子阱垂直腔面激光器(Qff-VCSEL)和直流電源。其特征在于，從激光器輸出的光信號經調制后生成寬帶偽隨機二進制序列，該信號進入垂直腔面發射激光器(VCSEL)后，通過合理調節VCSEL的偏置電流，使其工作在放大狀態，增益譜中尖銳的增益峰將導致相位正色散在該頻譜范圍內迅速增大，從而引起信號的慢光延時。處理步驟包括進入VCSEL的激光束首先從可調諧激光器中發射，經過馬赫增德爾(Mach-Zehnder)調制器后，調制生成PRBS信號，隨后信號經過偏振控制器和光衰減器后被分為兩路，一路進入QW-VCSEL，另一路進入光功率計進行功率監測。上述技術方案可以看出，由于本實用新型實施采用垂直腔面發射激光器實現寬帶信號的慢光延時，因此其基本思想是對于組成激光器的介質，當光脈沖的能量不等于介質中原子能級的能量差(即遠離共振)時，當器件工作在放大狀態時，增益譜中尖銳的增益峰將導致相位正色散在該頻譜范圍內迅速增大，對應著折射率隨頻率的增加而單調快速的增力口，這意味著發生了 “正常色散”，如果色散曲線非常陡峭，那么在此頻率附近可以有效地減慢光的群速度，起到延時效果。基于VCSEL的寬帶信號慢光可調延時器具有處理高速率信號的能力，并且延時量可以通過改變VCSEL的偏置電流、信號光的功率和波長進行調節 ，且易于與其他半導體光電器件芯片集成，工作在室溫條件，因此在全光緩存領域具有巨大的 應用前景。
圖I是本實用新型裝置的結構示意圖。圖2虛框內是本發明的光可調延時器；其余為進行延時測量的裝置結構示意圖。圖3是注入電流I = 2. OmA時VCSEL光譜圖。插圖為VCSEL的P-I特性曲線圖。圖4是信號功率為_27dBm時不同偏置電流下PRBS延時信號的時域波形。圖5是信號功率為-27dBm時不同偏置電流下PRBS延時信號的眼圖。圖6當注入電流為I. 75mA時不同功率延遲信號的時域波形。圖7注入電流I = I. 75mA時不同功率PRBS延時信號的眼圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施作進一步的描述。如圖I所示，本實用新型裝置由偽隨機二進制序列發生器(PRBS源)、可調諧激光器、馬赫增德爾調制器、偏振控制器、可調光衰減器、光耦合器、光功率計、光環路器、量子阱垂直腔面激光器(QW-VCSEL)和直流電源構成。在圖I中，利用VCSEL產生慢光延時，延時信號譜與輸入信號譜之間的關系表示為五re/O )=五in⑷幺⑷exP(zVOw))，其中8(ω)θχΡ( Ψ (ω))是VCSEL的傳遞函數，其相位正色散的取值決定了信號的延遲時間，即τ (ω) =-(1Ψ(ω)/(1ω。目前計算傳遞函數的方法主要是利用微腔理論，將VCSEL腔體看成由高反射率反射鏡夾一個有源腔構成，頂部、底部鏡面反射率分別為Rt和Rb，有源腔腔長為L。，信號場互, 由頂部反射鏡入射，沿有源腔軸向ζ傳輸，經過兩側DBR多次反射后形成駐波，最終從頂部反射鏡輸出，其中信號場在VCSEL兩端面滿足邊界條件E+ (O) = Em y]\-R, + &χρ(- π)Ε~ (O)( I )E~(LC) = οχρ(- π)Ε+(Lc)(2)Eref = ^[Rt exp(-⑷互, + Rt E~ (O)( 3 )式中(O)和(Lc)分別對應z = O和z = L。時正負z方向信號場。信號場Ei(Z)在腔內傳輸過程滿足[0026]
權利要求1.一種基于垂直腔面發射激光器的寬帶信號慢光可調時延器，其特征在于，從激光器輸出的光信號經調制后生成寬帶偽隨機二進制序列，該信號進入垂直腔面發射激光器后，即VCSEL，通過合理調節VCSEL的偏置電流，使其工作在放大狀態，增益譜中尖銳的增益峰將導致相位正色散在該頻譜范圍內迅速增大，從而引起信號的慢光延時，處理步驟包括進入VCSEL的激光束首先從可調諧激光器中發射，經過馬赫增德爾調制器后，調制生成PRBS信號，隨后信號經過偏振控制器和光衰減器后被分為兩路，一路進入QW-VCSEL，另一路進入光功率計進行功率監測。
2.根據權利要求I所述的寬帶信號慢光可調時延器，其特征是包括偽隨機二進制序列發生器，可調諧激光器，馬赫增德爾調制器，偏振控制器，可調光衰減器，光耦合器，光功率計，光環路器，量子阱垂直腔面激光器和直流電源。
3.根據權利要求I所述的寬帶信號慢光可調時延器，其特征在于，偽隨機二進制序列發生器產生頻譜分量豐富的寬帶信號。
4.根據權利要求I所述的寬帶信號慢光可調時延器，其特征在于，可調諧激光器產生功率和波長可調的信號光，變化功率和波長產生不同的延時效果。
5.根據權利要求I所述的寬帶信號慢光可調時延器，其特征在于，通過對垂直腔面發射激光器的偏置電流大小的調節，調整延時器的延時時間。
專利摘要本實用新型公開了一種基于垂直腔面發射激光器的寬帶信號慢光可調時延器。本實用新型的方法包括在VCSEL工作在放大狀態時，通過改變VCSEL的偏置電流、輸入信號光功率或波長，可以有效的調節寬帶PRBS信號的延時量。本實用新型技術方案能夠在保證室溫工作的基礎上，實現對高速率寬帶信號的可調慢光延時，并具有操作簡單、易于集成等優點。
文檔編號H01S5/06GK202631915SQ20112036604
公開日2012年12月26日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者馬雅男, 羅斌, 葉佳, 易安林 申請人:西南交通大學