專利名稱：基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器的制作方法
技術領域：
本發明涉及微波技術和光電子技術領域，尤其涉及一種光電振蕩器。
背景技術：
光電振蕩器(0E0 Optoelectronic Oscillator)是一種光、電微波/毫米波信號發生裝置。它的基本結構是利用光源、電光調制器、光電探測器、電濾波器所構成的一個反饋回路，利用長光纖的儲能能力，實現高品質的光、電微波信號產生。目前0E0系統在實用性上尚有需要改進之處，主要問題在于組成系統的各個部分雖然可以有替代方案，但是大多相互獨立，難以整合，因此從系統結構和成本上看不易優化；系統中長光纖能在環路內存儲更多的光場能量，提高產生信號的品質，但是由此也帶來了系統體積龐大，易受外部環境·影響，邊模噪聲難以被濾波器濾除的問題，因此如何在保證性能的前提下簡化系統，降低成本是0E0實用化的關鍵。為了解決0E0系統存在的缺陷，現有技術從結構和方法上進行了改進，但仍存在以下缺點
1)系統簡化方面，目前可以采用直接調制激光器完成0E0系統中的光源和反饋調制部分的功能，但是現有直接調制激光器工作速率不高，難以實現高頻信號的產生，因此這種方案在使用性上有較大的限制；
2)在頻率選擇方面，除了采用傳統的電濾波器，還可采用高Q光子濾波器，以優化長光纖的使用。如在專利“具有光諧振器的光電振蕩器(申請號00803073. I)”中提出采用高Q光子濾波器實現頻率選擇和邊模抑制。這種高Q光子濾波器是由介質材料或光纖結構的的無源光學諧振腔，在同時要求高Q值和大范圍可調諧時性能不理想，而且當Q值很大時，插入損耗也很大；在專利“用有源半導體諧振腔的光電振蕩器(申請號201110072217.X)”中，提出采用有源半導體諧振腔實現頻率選擇，具有很高的Q值并且具有很小的插入損耗，可調諧性得到增強并具有可集成的優勢，但是該器件也僅僅作為頻率選擇器件的一種替代，不能使系統簡化，成本降低；此外，以上兩種方法都存在需要光源與濾波器窗口對準的問題，為系統的實現帶來一定的困難；
3)采用多環路結構抑制邊模。但是多環路結構組成復雜，并且需要使用長光纖，使整個0E0系統體積龐大，穩定性控制困難；
發明內容
本發明的目的在于克服上述缺點而提供的一種結構簡單，成本低廉、使用方便的能實現頻率可調諧的基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器。本發明的目的及解決其主要技術問題是采用以下技術方案來實現的本發明的光電振蕩器，包括半導體多縱模激光器和光電轉換調制模塊，其中光電轉換調制模塊包括光率禹合器、光電探測器、電稱合器、電光調制器和光稱合器，光稱合器的輸出端分別與光電探測器和電光調制器的輸入端連接，光電探測器的輸出端與電耦合器的輸入端連接，電耦合器的一個輸出端與電光調制器的驅動輸入端，電I禹合器上設有另一個輸出端；電光調制器的輸出端與光耦合器的輸入端連接，光耦合器上設有光信號輸出端和一個與半導體多縱模激光器連接的反饋端；半導體多縱模激光器輸出端與光耦合器輸入端連接。
上述的基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器裝置，其中半導體多縱模激光器為一個半導體環形激光器，由輸出波導，環形增益區和輸入波導構成，增益區為PN結結構。上述的基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器裝置，其中半導體多縱模激光器為一個半導體F-P腔激光器，由前腔鏡、增益區、后腔鏡構成，前、后腔鏡可以是半導體材料的解離面，它們具有一定的透過率和反射率，增益區為條形PN結結構；半導體多縱模激光器與光耦合器之間設有三端口光環形器，其上設有端口二、端口三和端口一，端口二與半導體多縱模激光器輸出端、端口三與光耦合器輸入端連接、端口一與光耦合器反饋端連接。上述的基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器裝置，其中電光調制器6為半導體電吸收調制器(EAM)或鈮酸鋰強度調制器(MZM)。
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本發明與現有技術相比，具有明顯的有益效果，從以上技術方案可知本發明包括半導體多縱模激光器和光電轉換調制模塊。半導體多縱模激光器輸出一組相鄰頻率差為Aw的多個激光模式，其主振頻率，也即中心頻率在w處，因此所輸出的光場可以表示成為w±n Aw(這里η為整數)。這一組模式注入光電轉換調制模塊后被光耦合器分為兩路并分別與光電探測器和電光調制器的輸入端連接。光電探測器可以檢測出的頻率并形成電信號輸出與電I禹合器的輸入端連接。電I禹合器的一個輸出端與電光調制器的驅動輸入端連接進行電光調制，電I禹合器的另一個輸出端完成光電振蕩器的電信號輸出。電光調制器的輸出與光I禹合器的輸入端連接，光I禹合器具有兩個輸出，一個完成光電振蕩器的光信號輸出，一個反饋注入半導體多縱模激光器。由于半導體多縱模激光器的自注入鎖定作用，非主振模式的光將受到抑制，而的頻率將得到反饋增強，經過多次反饋振蕩后最終產生穩定的，頻率為的光、電微波信號。通過調節半導體多縱模激光器的注入電流或者溫度，頻率Aw的大小會獲得相應調節，進而實現光電振蕩器的頻率可調諧性。半導體多縱模激光器是一個以半導體PN結為增益介質，帶有諧振腔結構的半導體激光器，它能同時輸出一組具有固定頻率差的多個激光模式；在裝置連接上，由半導體多縱模激光器輸出的光場最終將反饋注入半導體多縱模激光器自身。本發明利用半導體多縱模激光器來構成一個光電振蕩器裝置，這里的半導體多縱模激光器同時起到了光源和光子濾波器的作用，能夠產生由半導體多縱模激光器輸出模式的頻率差所決定的光、電微波信號，利用半導體多縱模激光器同時完成光載波產生和微波頻率選擇，簡化了系統結構，降低成本并具有頻率可調諧性。
圖I為本發明的結構示意 圖2為使用半導體環形激光器的本發明的結構示意 圖3為使用半導體F-P腔激光器的本發明的結構示意圖。圖中標記
I、半導體多縱模激光器；2、光電轉換調制模塊；3、光稱合器；4、光電探測器；5、電f禹合器；6、電光調制器；7、光耦合器；8、三端口光環形器；la、輸出波導；lb、環形增益區；lc、輸入波導；ld、前腔鏡；le、增益區；lf、后腔鏡；8a、端口二 ；8b、端口三；8c、端口一。
具體實施例方式以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器的具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如下
實施例I:
參照圖1-2,基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器,包括半導體多縱模激光器I和光電轉換調制模塊2,光電轉換調制模塊2包 括光稱合器3、光電探測器4、電稱合器5、電光調制器6和光稱合器7,光稱合器3的輸出端分別與光電探測器4和電光調制器6的輸入端連接，光電探測器4的輸出端與電I禹合器5的輸入端連接，電I禹合器5的一個輸出端與電光調制器6的驅動輸入端，電I禹合器5上設有另一個輸出端；電光調制器6的輸出端與光I禹合器7的輸入端連接，光耦合器7上設有光信號輸出端和一個與半導體多縱模激光器I連接的反饋端；半導體多縱模激光器I輸出端與光耦合器3輸入端連接；其中半導體多縱模激光器I為半導體環形激光器，由輸出波導Ia,環形增益區Ib和輸入波導Ic構成,增益區Ib為PN結結構；電光調制器6為半導體電吸收調制器(EAM)。
工作流程為半導體多縱模激光器I從輸出波導Ia輸出中心頻率為W，相鄰模式頻率差為Aw的一組激光模式，這組激光模式可表示為w±nAw (這里η為整數)，通過改變半導體多縱模激光器I的注入電流或者溫度，可以使得半導體多縱模激光器I的載流子濃度發生變化，進而可以調節輸出激光模式的中心頻率w和頻率差Aw。半導體多縱模激光器I的輸出注入光電轉換調制模塊2 ;在光電轉換調制模塊2中,光場被光稱合器3分為兩路分別輸入光電探測器4和電光調制器6 (EAM);光電探測器4可以檢測出激光模式的頻率差Aw并形成電信號輸出，它的的輸出端與電耦合器5的輸入端連接；電耦合器5的輸出端與半導體電吸收調制器(EAM) 6的驅動調制端連接對光場進行調制，經過調制的光信號與另一個光耦合器7連接，光耦合器7的一路輸出經由輸入波導Ic反饋注入半導體多縱模激光器I。經過半導體多縱模激光器I的自注入鎖定過程和外部的循環反饋，最終可產生穩定的頻率差為Aw的光、電微波信號,這些信號可通過光稱合器7和電稱合器5輸出。實施例2
參照圖1、3，基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器,包括半導體多縱模激光器I和光電轉換調制模塊2,光電轉換調制模塊2包括光稱合器3、光電探測器4、電稱合器5、電光調制器6和光稱合器7,光稱合器3的輸出端分別與光電探測器4和電光調制器6的輸入端連接，光電探測器4的輸出端與電I禹合器5的輸入端連接，電I禹合器5的一個輸出端與電光調制器6的驅動輸入端，電I禹合器5上設有另一個輸出端；電光調制器6的輸出端與光I禹合器7的輸入端連接，光耦合器7上設有光信號輸出端和一個與半導體多縱模激光器I連接的反饋端；半導體多縱模激光器I輸出端與光耦合器3輸入端連接；其中半導體多縱模激光器I為半導體F-P腔激光器，由前腔鏡ld，增益區le，后腔鏡If構成，前、后腔鏡可以是半導體材料的解離面，它們具有一定的透過率和反射率，增益區Ie為條形PN結結構；電光調制器6為鈮酸鋰強度調制器(MZM)，半導體多縱模激光器I與光耦合器3之間設有三端口光環形器8，其上設有端口二 8a、端口三8b和端口一 8c，端口二 8a與半導體多縱模激光器I輸出端、端口三8b與光耦合器3輸入端連接、端口一 8c與光耦合器7反饋端連接。工作流程為半導體多縱模激光器I從后腔鏡If輸出中心頻率為W，相鄰模式頻率差為Aw的一組激光模式注入光電轉換調制模塊2 ;注入光電轉換調制模塊2的光場先進入三端口光環形器8的端口二 8a，然后從端口三8b輸出連接到光耦合器3 ;從光耦合器7輸出的光場連接至三端口光環形器8的端口一 8c，然后從端口二 8a輸出后由后腔鏡If反向注入半導體多縱模激光器I。其余同實施例I。。經過半導體多縱模激光器I的自注入鎖定過程和外部的循環反饋，最終可產生穩定的頻率差為Aw的光、電微波信號，這些信號可通過光I禹合器7和電I禹合器5輸出。本發明所述并不限于具體實施方式
中所述的實施例，本領域技術人員根據本發明的技術方案得出其它的實施方式，同樣屬于本發明的技術創新范圍。顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改 動和變型在內。
權利要求
1.基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器，包括半導體多縱模激光器(I)和光電轉換調制模塊(2)，其特征在于光電轉換調制模塊(2)包括光耦合器(3)、光電探測器(4)、電耦合器(5)、電光調制器(6)和光耦合器(7)，光耦合器(3)的輸出端分別與光電探測器(4)和電光調制器(6)的輸入端連接,光電探測器(4)的輸出端與電稱合器(5)的輸入端連接，電率禹合器(5)的一個輸出端與電光調制器(6)的驅動輸入端，電I禹合器(5)上設有另一個輸出端；電光調制器(6)的輸出端與光稱合器(7)的輸入端連接,光稱合器(7)上設有光信號輸出端和一個與半導體多縱模激光器(I)連接的反饋端；半導體多縱模激光器(I)輸出端與光率禹合器(3 )輸入端連接。
2.如權利要求I所述的基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器裝置，其特征在于半導體多縱模激光器(I)為半導體環形激光器結構，由輸出波導(Ia),環形增益區(Ib)和輸入波導(Ic)構成，增益區(Ib)為PN結結構。
3.如權利要求I所述的基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器裝置，其特征在于半導體多縱模激光器(I)為一個半導體F-P腔激光器，由前腔鏡(Id),增益區(Ie)，后腔鏡(If)構成，增益區(Ie)為條形PN結結構；半導體多縱模激光器(I)與光耦合器(3)之間設有三端口光環形器(8)，其上設有端口二(8a)、端口三(8b)和端口一(8c)，端口二(8a)與半導體多縱模激光器(I)輸出端、端口三(8b)與光稱合器(3)輸入端連接、端口一(8c)與光耦合器(7)反饋端連接。
4.如權利要求2或3所述的基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器裝置，其特征在于電光調制器(6)為半導體電吸收調制器或鈮酸鋰強度調制器。
全文摘要
本發明公開了一種基于半導體多縱模激光器的光電振蕩器，光電轉換調制模塊(2)包括光耦合器(3)、光電探測器(4)、電耦合器(5)、電光調制器(6)和光耦合器(7)，光耦合器(3)的輸出端分別與光電探測器(4)和電光調制器(6)的輸入端連接，光電探測器(4)的輸出端與電耦合器(5)的輸入端連接，電耦合器(5)的一個輸出端與電光調制器(6)的驅動輸入端，電耦合器(5)上設有另一個輸出端；電光調制器(6)的輸出端與光耦合器(7)的輸入端連接，光耦合器(7)上設有光信號輸出端和一個與半導體多縱模激光器(1)連接的反饋端；半導體多縱模激光器(1)輸出端與光耦合器(3)輸入端連接。本發明結構簡單，成本低廉、使用方便的能實現頻率可調諧。
文檔編號H01S5/10GK102946050SQ201210403709
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者江陽, 白光富 申請人:貴州大學