基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置的制造方法
【專利摘要】一種基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，包括：任意波形發生器，用于提供隨時間變化的電信號；放大反饋激光器，與所述任意波形發生器電性連接，用于依據所述隨時間變化的電信號輸出模式間距變化的雙波長激光；以及光電探測器，接收所述的模式間距變化的雙波長激光，并產生啁啾微波，該啁啾微波產生裝置結構簡單、穩定性好、調諧方便。
【專利說明】
基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置
技術領域
[0001]本發明屬于微波技術領域，特別涉及基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置。
【背景技術】
[0002]在脈沖雷達中，雷達的探測距離與脈沖持續時間成正比，而探測精度與脈沖持續時間成反比，因此早期脈沖雷達存在探測距離和探測精度的矛盾。為了解決這一問題，新型脈沖壓縮雷達被提出。脈沖壓縮雷達采用啁啾微波作為發射信號，通過將雷達能量分布在寬譜信號中的方式，保證了雷達的探測距離;在接收端利用匹配濾波器對回波信號進行匹配濾波，能大幅縮小回波信號的脈寬，保證了探測精度。因此，啁啾微波的產生技術具有重要的研究價值。現有基于電子學的產生方案受限于電子瓶頸，很難產生高頻、大帶寬的啁啾微波信號。而基于光子學的方法相比之下能實現更高的載頻和更大的帶寬，同時還具有抗電磁干擾和低損耗等優點，已成為研究熱點。
[0003]基于光子學的方法主要包含頻時映射法和拍頻法兩大類。頻時映射法的基本原理是對寬譜激光在頻域進行整形，再經色散介質完成頻時映射，最后經光電探測器得到啁啾微波。渥太華大學提出了多種基于頻時映射的方案，包括利用Sagnac環對光譜進行正弦型整形、再經過高階色散介質(Chao Wang and Jianping Yao , IEEE Transact1ns onMicrowave Theory and Techniques，2008，56(2): 542-553);或利用疊加的啁啾光纖布拉格光柵(S1-CFBGs )對光譜進行非線性整形、再經過線性色散介質(Chao Wang andJianping Yao,IEEE Photonics Technology Letters，2008，20(ll):882-884)等。這類方案都能產生高頻和大帶寬的啁啾微波，然而缺點是高階色散介質和S1-CFBGs都需要進行精確設計，對工藝提出了很高的要求，同時啁啾微波的中心頻率和帶寬的可調諧性能差。
[0004]基于拍頻法的方案包括直流光和掃頻光拍頻以及掃頻光和掃頻光拍頻兩種。中國臺灣Jin-Wei Shi等人利用直流光與掃頻光拍頻的方式，分別得到了89?103GHz和O?40GHz 的啁啾微波(J.-W.Shi，F.-M.Kuo，et al.’IEEE Photonics Journal, 2012 ,4( I):215-223；Jhih-Min Wun1Chia-Chien ffei,et al.,Optics Express ,2013,21(9): 11475-11481)。但是這種方案需要用到兩個分立的激光器，輸出啁啾微波穩定性較差。上海交通大學利用掃頻光和掃頻光拍頻的方式得到了0-40GHZ的線性啁啾微波(Hao Zhang，WeiwenZou,Jianping Chen,Optics Letters,2015,40(6): 1085-1088)，兩束掃頻光由同一鎖模激光器經過不同濾波器和不同色散系數的色散介質得到，從而可以調諧中心頻率和帶寬。然而這種方案需要用到多個濾波器和色散系數可調的色散介質，結構復雜，價格昂貴。
【發明內容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]鑒于上述技術問題，為了克服上述現有技術的不足，本發明提出了一種基于集成式半導體放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置。
[0007](二)技術方案
[0008]根據本發明的一個方面，提供了一種基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置。該啁啾微波產生裝置包括:任意波形發生器，用于提供隨時間變化的電信號;放大反饋激光器，與所述任意波形發生器電性連接，用于依據所述隨時間變化的波形的電信號輸出模式間距變化的雙波長激光；以及光電探測器，接收所述的模式間距變化的雙波長激光，并產生啁嗽微波。
[0009](三)有益效果
[0010]從上述技術方案可以看出，本發明至少具有以下有益效果之一:
[0011 ] (I)采用任意波形發生器控制放大反饋激光器，改變放大反饋激光器輸出的雙波長激光的模式間距，通過光電探測器輸出啁啾微波。不需要使用鎖模激光器、濾波器或高階色散元件等復雜器件，結構簡單、穩定性好、調諧方便、成本低廉且易于實現。
[0012](2)放大反饋激光器的具體結構使得放大反饋激光器可以輸出模式間距可變的雙波長激光。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例1中基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置的結構示意圖；
[0014]圖2為圖1中放大反饋激光器的結構示意圖；
[0015]圖3為本發明實施例2中基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置的結構示意圖；
[0016]圖4(a)為圖1中當任意波形發生器輸出幅值從1.30V到1.60V緩慢變化的電壓信號時放大反饋激光器輸出的靜態光譜圖；
[0017]圖4(b)為圖1中當任意波形發生器輸出幅值從1.30V到1.60V緩慢變化的電壓信號時放大反饋激光器輸出的雙波長激光的模式間距圖；
[0018]圖5(a)為圖1中當任意波形發生器輸出IMHz的三角波信號時，任意波形發生器輸出電壓圖；
[0019]圖5(b)為圖1中當任意波形發生器輸出如圖5(a)所示信號時，輸出啁啾微波信號的時域波形圖；
[0020]圖5(c)為圖5(b)中時域波形的短時傅里葉變換譜圖；
[0021]圖5(d)為圖5(b)中時域波形第一個周期的自相關譜圖。
[0022]【主要元件】
[0023]1-放大反饋激光器；2-光電探測器；3任意波形發生器；
[0024]4-光隔離器；11-分布反饋布拉格區；12-相區；
[0025]13-放大反饋區。
【具體實施方式】
[0026]在對本發明進行介紹之前，首先對其設計原理進行說明。
[0027]放大反饋激光器包括分布反饋布拉格區、相區和放大反饋區，其中相區和放大反饋區共同構成外腔，根據Lang-Kobayashi模型(Roy Lang and KonRoh Kobayashi，IEEEJournal of Quantum Electronics，1980，QE_16(3): 347-355)，外腔激光器可工作在雙模狀態，即輸出雙波長的激光，該雙波長激光的模式間距與反饋光強度和延時時間有關(Biwei Pan,Lu Guo，et al.,Applied 0ptics，2016，55(ll):2930-2935)。改變放大反饋區的電壓或電流可改變光反饋強度，從而改變雙波長激光的模式間距。因此，當放大反饋區的電壓變化時，輸出雙波長激光的模式間距也不斷變化，將輸出雙波長激光通過光電探測器，就可以將拍頻信號轉化為電信號，輸出啁啾微波。
[0028]由于雙波長激光的模式間距與放大反饋區所加電壓不滿足嚴格的線性關系，因此當需要輸出嚴格的線性啁啾微波時，可以采用兩種方式:一是將任意波形發生器的輸出電壓范圍取在雙波長激光的模式間距與電壓關系較為線性的區域，此時可認為雙波長激光的模式間距與電壓滿足線性關系；二是可以對任意波形發生器的輸出電壓進行精細調節，保證輸出啁啾微波的頻率隨時間線性變化，利用放大反饋激光器作為啁啾微波產生的核心器件，無需外部光環路即可產生高頻的啁啾微波。
[0029]本發明某些實施例于后方將參照所附附圖做更全面性地描述，其中一些但并非全部的實施例將被示出。實際上，本發明的各種實施例可以許多不同形式實現，而不應被解釋為限于此數所闡述的實施例;相對地，提供這些實施例使得本發明滿足適用的法律要求。
[0030]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0031]實施例1:
[0032]本實施例提供了一種放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，如圖1所示，該啁啾微波產生裝置包括放大反饋激光器1、任意波形發生器3及光電探測器2。
[0033]任意波形發生器3與放大反饋激光器I采用電纜連接，為放大反饋激光器I提供電信號，可以為電壓信號或電流信號，控制放大反饋激光器I輸出的雙波長激光的模式間距不斷變化。
[0034]放大反饋激光器I與光電探測器2采用光纖連接，光電探測器2接收放大反饋激光器I輸出的模式間距不斷變化的雙波長激光，并將雙波長激光的拍頻信號轉換為電信號，輸出啁啾微波。
[0035]放大反饋激光器I優選為單片集成的集成式半導體放大反饋激光器，其具體結構如附圖2所示，放大反饋激光器I包括分布反饋布拉格區11、相區12和放大反饋區13，放大反饋區13和分布反饋布拉格區11分別位于相區12兩側，放大反饋區13和相區12構成外腔，分布反饋布拉格區11和放大反饋區13采用相同帶隙波長的材料，相區12采用帶隙波長相對放大反饋區13藍移SO-1OOnm的材料，可通過量子阱混雜或者對接完成帶隙波長的藍移，降低激光在相區12的損耗。在具體實施過程中，放大反饋激光器I的分布反饋布拉格區11由恒定電流源注入第一正向電流，放大反饋區13由任意波形發生器3控制，加載正向偏壓，相區12懸空或由恒定電流源注入第二正向電流。放大反饋激光器I各區加載不同電流，形成雙波長激光，由分布反饋布拉格區11的端面輸出。實現雙波長激光輸出時，放大反饋激光器I首先需要找到雙模工作狀態，通過調節分布反饋布拉格區11和相區12的電流，實現放大反饋激光器I工作在雙模模式，輸出雙波長激光。
[0036]任意波形發生器3產生隨時間變化的電信號，可以為電壓信號或電流信號，通過電纜加載的放大反饋激光器I的放大反饋區13，在任意波形發生器3的調制作用下，放大反饋激光器I內反饋光的強度隨時間而變化，從而放大反饋激光器I輸出的雙波長激光的模式間距亦隨時間變化。
[0037]放大反饋激光器I輸出的雙波長激光通過光纖傳輸至光電探測器2，光電探測器2將雙波長激光的拍頻信號轉換為電信號，輸出啁啾微波至電纜。
[0038]調節任意波形發生器3輸出電信號的形狀、幅度和周期，可以改變放大反饋激光器I輸出的雙波長激光的模式間距，進而改變輸出啁啾微波的形狀、周期和帶寬，即可以控制任意波形發生器3得到需要的啁啾微波。
[0039]實施例2:
[0040]本實施例提供了一種基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，如圖3所示，相較實施例1，區別僅在于在放大反饋激光器I與光電探測器2之間增設光隔離器4，以降低光纖接頭處的光反饋回放大反饋激光器I造成不良影響。
[0041]本實施例中放大反饋激光器I輸出的雙波長激光經光纖傳輸至光隔離器4，再經光纖傳輸至光電探測器2，光電探測器2將雙波長激光的拍頻信號轉換為電信號，輸出啁啾微波至電纜。
[0042]本實施例中的光隔離器4可以集成至放大反饋激光器I內，即放大反饋激光器I封裝時包含了光隔離器4。
[0043]以下是基于實施例2中的啁啾微波產生裝置的測試，具體如下:
[0044]當任意波形發生器輸出幅值從1.30V到1.60V緩慢變化的電壓信號，測量的放大反饋激光器I輸出的靜態光譜如圖4(a)所示，頻譜儀測量的雙波長激光的模式間距如圖4(b)所示。
[0045]當任意波形發生器輸出IMHz的三角波信號，測量的任意波形發生器輸出電壓如圖5(a)所示，對應的啁啾微波信號的時域波形如圖5(b)，時域波形的短時傅里葉變換譜如圖5(c)所示，時域波形第一個周期的自相關譜5(d)所示。所得啁啾微波的帶寬為3.4GHz(頻率范圍為31.4GHz?34.8GHz)，脈沖持續時間為Iys，時間帶寬積為3.4XlO3，壓縮比為2.6 X130
[0046]需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式
[0047]還需要說明的是，本文可提供包含特定值的參數的示范，但這些參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應值。
[0048]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
[0049]需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換。
【主權項】
1.一種基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于，包括: 任意波形發生器(3)，用于提供隨時間變化的電信號； 放大反饋激光器(I)，與所述任意波形發生器(3)電性連接，用于依據所述隨時間變化的電信號輸出模式間距變化的雙波長激光；以及 光電探測器(2)，接收所述的模式間距變化的雙波長激光，并產生啁啾微波。2.根據權利要求1所述的基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于:所述放大反饋激光器(I)包括分布反饋布拉格區(11)、相區(12)和放大反饋區(13); 所述放大反饋區(13)和分布反饋布拉格區(11)分別位于所述相區(12)兩側，所述放大反饋區(13)和所述相區(12)構成外腔； 所述分布反饋布拉格區(11)由恒定電流源注入第一正向電流，所述放大反饋區(13)接收任意波形發生器(3)發出的電信號，所述相區(12)懸空或由恒定電流源注入第二正向電流，所述放大反饋激光器(I)在任意波形發生器(3)的調制下輸出模式間距變化的雙波長激光。3.根據權利要求2所述的基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于:所述分布反饋布拉格區(11)和放大反饋區(13)采用相同帶隙波長的材料。4.根據權利要求3所述的基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于:相區(12)采用帶隙波長相對放大反饋區(13)藍移80-100nm的材料。5.根據權利要求1所述的基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于，還包括: 光隔離器(4)，設置于所述放大反饋激光器(I)與所述光電探測器(2)之間，防止雙波長激光反饋回所述放大反饋激光器(I)。6.根據權利要求5所述的基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于: 所述光隔離器(4)集成至所述放大反饋激光器(I)內。7.根據權利要求1至6中任一所述的基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于: 所述任意波形發生器(3)為輸出電信號的形狀、周期和/或幅值可調的波形發生器，其中: 通過調節輸出電信號的形狀實現啁啾微波形狀的調節； 通過調節輸出電信號的周期實現啁啾微波周期的調節； 通過調節輸出電信號的幅值實現啁啾微波帶寬的調節。8.根據權利要求1至6中任一所述的基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于:所述隨時間變化的電信號為三角波或正弦波。9.根據權利要求1至6中任一所述的基于放大反饋激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于:所述放大反饋激光器(I)為單片集成的集成式半導體放大反饋激光器。
【文檔編號】H01S1/02GK106067650SQ201610560011
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】郭露, 張瑞康, 陸丹, 潘碧瑋, 陳光燦, 趙玲娟, 王圩
【申請人】中國科學院半導體研究所