專利名稱：基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信以及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及微波光子濾波器在光載無線電(RoF)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，即一種基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器。
背景技術(shù)：
近年來，隨著寬帶無線接入網(wǎng)、UMTS、WLAN、LMDS以及WIMAX等通信網(wǎng)絡(luò)的興起，為了減小覆蓋面積并同時(shí)增大通信容量，一個(gè)可能的解決技術(shù)就是RoF通信，在RoF通信中，將原本在基站對(duì)信號(hào)進(jìn)行的一些處理功能集中到中央站統(tǒng)一處理，這樣就大大降低了基站的成本。由于微波光子濾波器具有高帶寬、低損耗以及不受電磁干擾等特點(diǎn)，使得微波在光域的處理技術(shù)引起了廣泛的研究興趣。微波光子濾波器的使用目的就是取代傳統(tǒng)微波濾波器，從而實(shí)現(xiàn)微波在光域的處理，這樣的好處是，可以實(shí)現(xiàn)與RoF光纖通信系統(tǒng)的天然匹配，無需再進(jìn)行光電和電光轉(zhuǎn)換。除此之外，微波光子濾波器在雷達(dá)，相位陣列天線領(lǐng)域也有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在對(duì)微波光子濾波器的研究中，可調(diào)諧、多抽頭帶通濾波器是研究中的一個(gè)熱點(diǎn)方向，為了實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的目的，就要改變延時(shí)差，也即采樣間隔，目前比較常見的方法是使用高色散光纖以及利用光纖布拉格光柵，但這兩種方式都需要使用可調(diào)諧的光源，除此之夕卜，使用多激光源或激光陣列也是常用實(shí)現(xiàn)方式，但也需要激光源間的波長(zhǎng)差可變，才能實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧性。對(duì)于多抽頭的實(shí)現(xiàn)，可調(diào)諧光源、激光陣列或?qū)拵懈罟庠词潜匾?，通常需要相等或大于抽頭數(shù)量的延時(shí)元件，比較復(fù)雜，成本也比較高。綜上所述，實(shí)現(xiàn)微波光子帶通濾波器，無論是為了實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧或者實(shí)現(xiàn)多抽頭，光源成本都將會(huì)很高。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，以實(shí)現(xiàn)濾波器的可調(diào)諧性和可重構(gòu)性。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，該可調(diào)諧微波光子濾波器包括主激光器1、第一偏振控制器3、可調(diào)光衰減器5、光環(huán)形器7、從激光器11、第二偏振控制器9、第三偏振控制器12、相位調(diào)制器16、第四偏振控制器18、光隔離器20、3dB光稱合器23、Sagnac環(huán)濾波器26、單模色散光纖27、光放大器29和光電探測(cè)器31，其中該主激光器I輸出端連接于該第一偏振控制器3的第一端2,該第一偏振控制器3的第二端4連接于該可調(diào)光衰減器5的輸入端，該可調(diào)光衰減器5的輸出端連接于該光環(huán)形器7的第一端口 6 ；該光環(huán)形器7的第二端口 8連接于該第二偏振控制器9的第一端8，該第二偏振控制器9的第二端10連接于該從激光器11 ；該光環(huán)形器7的第三端口 13連接于該第三偏振控制器12 —端，該第三偏振控制器12的另一端連接于該相位調(diào)制器16的光輸入端14,微波調(diào)制信號(hào)15對(duì)該光輸入端14輸入的光進(jìn)行調(diào)制；該相位調(diào)制器16的光輸出端17通過第四偏振控制器18連接于該光隔離器20的輸入端,該光隔離器20的輸出端連接于該3dB光稱合器23的第一端口 21,該3dB光稱合器23的第三端口 24和第四端口 25均連接于該Sagnac環(huán)濾波器26 ；該3dB光耦合器23的第二端口 22連接于該單模色散光纖27的一端，該單模色散光纖27另一端連接于該光放大器29的輸入端28,該光放大器29的輸出端30連接于該光電探測(cè)器31，最終在該光電探測(cè)器31的輸出端口 32輸出濾波后的微波信號(hào)。上述方案中，所述主激光器I和所述從激光器11均為單模激光器，且從激光器11的波長(zhǎng)大于主激光器I的波長(zhǎng)，通過所述主激光器I注入到所述從激光器11，從而激發(fā)所述從激光器11的非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PI)狀態(tài)來產(chǎn)生等間距的類似梳狀的光譜，從而實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器的多抽頭。上述方案中，該可調(diào)諧微波光子濾波器通過采用該可調(diào)光衰減器5調(diào)整該主激光器I注入到該從激光器11的注入光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)從激光器11的非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PD的光譜的頻率間隔可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)濾波器可調(diào)諧性。上述方案中，該可調(diào)諧微波光子濾波器通過直接選取該主激光器I和該從激光器11間的波長(zhǎng)差，實(shí)現(xiàn)從激光器11的非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PD的光譜的頻率間隔可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)濾波器的可調(diào)諧性。上述方案中，該可調(diào)諧微波光子濾波器是通過改變?cè)撝骷す馄鱅注入到該從激光器11中的光強(qiáng)以及該主激光器I與該從激光器11之間的波長(zhǎng)差，從而改變非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(Pl)的光譜的功率分配，來實(shí)現(xiàn)濾波器的可重構(gòu)性。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，通過調(diào)整主激光器注入到從激光器的注入強(qiáng)度或兩個(gè)激光器間的波長(zhǎng)差，實(shí)現(xiàn)頻率間隔可調(diào)的類似梳妝的光譜，從而實(shí)現(xiàn)濾波器的可調(diào)諧性，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)濾波器的可重構(gòu)性，同時(shí)此結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了多抽頭濾波器，抽頭的數(shù)量與注入條件有關(guān)。2、常規(guī)微波光子濾波器結(jié)構(gòu)中通常采用可調(diào)激光器、多激光器或者寬帶光源的切割來提供實(shí)現(xiàn)抽頭的光源，因而成本較高且較為復(fù)雜，而本發(fā)明提供的這種基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，只需要兩個(gè)普通單模激光器即可實(shí)現(xiàn)多抽頭光源，同時(shí)可以調(diào)節(jié)注入?yún)?shù)來實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器的連續(xù)可調(diào)諧性，因而大大降低了使用成本。3、本發(fā)明提供的這種基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，由于固定注入強(qiáng)度或主從激光器間的頻差中的一個(gè)注入?yún)?shù)就可以實(shí)現(xiàn)梳妝光譜間隔的改變，同時(shí)會(huì)使光譜中某些譜線功率的加強(qiáng)與減弱，那么，如果調(diào)節(jié)兩個(gè)參數(shù)就可實(shí)現(xiàn)濾波器的可重構(gòu)性，省去了許多衰減器或光放大器，因而，又降低了系統(tǒng)的成本。3、本發(fā)明提供的這種基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，激光器的頻差應(yīng)該與鑒頻濾波器的正、負(fù)系數(shù)傳輸曲線帶寬配合選擇，從而實(shí)現(xiàn)帶有負(fù)系數(shù)濾波器。


圖1是本發(fā)明提供的基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器的示意圖。圖2是注入后從激光器的非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩效應(yīng)(Pl)的光譜示意圖。圖中1.主激光器，3.偏振控制器，2、4.偏振控制器的兩個(gè)端口，5.可調(diào)光衰減器，7.光環(huán)形器，6、8、13，光環(huán)形器的三個(gè)端口，9.偏振控制器，10.偏振控制器一個(gè)端口11.從激光器，12.偏振控制器,16.相位調(diào)制器,14、15、17，分別為光輸入、調(diào)制信號(hào)輸入、光輸出端口，18.偏振控制器，20.光隔離器，23. 3dB光耦合器，21、22、24、25. 3dB光耦合器的第一、第二、三、四端口，26. Sagnac環(huán)形濾波器,27.單模色散光纖,29.光放大器,28、30.光放大器的輸入、輸出端,31.光電探測(cè)器,32光電探測(cè)器的輸出端。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器的示意圖，該可調(diào)諧微波光子濾波器包括主激光器1、第一偏振控制器3、可調(diào)光衰減器5、光環(huán)形器7、從激光器11、第二偏振控制器9、第三偏振控制器12、相位調(diào)制器16、第四偏振控制器18、光隔離器20、3dB光耦合器23、Sagnac環(huán)濾波器26、單模色散光纖27、光放大器29和光電探測(cè)器31。其中，該主激光器I輸出端連接于該第一偏振控制器3的第一端2,該第一偏振控制器3的第二端4連接于該可調(diào)光衰減器5的輸入端，該可調(diào)光衰減器5的輸出端連接于該光環(huán)形器7的第一端口 6 ;該光環(huán)形器7的第二端口 8連接于該第二偏振控制器9的第一端8,該第二偏振控制器9的第二端10連接于該從激光器11 ;這樣，主激光器I的光就注入到從激光器11中，激發(fā)從激光器11產(chǎn)生了非線性動(dòng)態(tài)特性P1，如圖2所示。圖2中只是給出的一個(gè)仿真光譜圖。該光環(huán)形器7的第三端口 13連接于該第三偏振控制器12 —端，該第三偏振控制器12的另一端連接于該相位調(diào)制器16的光輸入端14,微波調(diào)制信號(hào)15對(duì)該光輸入端14輸入的光進(jìn)行調(diào)制；該相位調(diào)制器16的光輸出端17通過第四偏振控制器18連接于該光隔離器20的輸入端，該光隔離器20的輸出端連接于該3dB光耦合器23的第一端口 21，該3dB光耦合器23的第三端口 24和第四端口 25均連接于該Sagnac環(huán)濾波器26 ;該3dB光耦合器23的第二端口 22連接于該單模色散光纖27的一端，該單模色散光纖27另一端連接于該光放大器29的輸入端28，在該單模色散光纖27中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)適當(dāng)?shù)难舆t。該光放大器29的輸出端30連接于該光電探測(cè)器31，最終在該光電探測(cè)器31的輸出端口 32輸出濾波后的微波信號(hào)。該光放大器29的使用是為了對(duì)光電探測(cè)器31提供足夠的功率，這樣經(jīng)過光電檢測(cè)器31后，就可以還原出在光域?yàn)V波后的微波信號(hào)了。主激光器I和從激光器11均為單模激光器，且從激光器11的波長(zhǎng)大于主激光器I的波長(zhǎng)，通過主激光器I激發(fā)從激光器11的非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PI)狀態(tài)來產(chǎn)生等間距的梳狀光譜，從而實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器的多抽頭。該可調(diào)諧微波光子濾波器通過采用該可調(diào)光衰減器5調(diào)整該主激光器I注入到該從激光器11的注入光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)從激光器11的非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PD的光譜的頻率間隔可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)濾波器可調(diào)諧性。該可調(diào)諧微波光子濾波器通過直接選取該主激光器I和該從激光器11間的波長(zhǎng)差，實(shí)現(xiàn)從激光器11的非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PI)的光譜的頻率間隔可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)濾波器的可調(diào)諧性。該可調(diào)諧微波光子濾波器是通過改變?cè)撝骷す馄鱅注入到該從激光器11中的光強(qiáng)以及該主激光器I與該從激光器11之間的波長(zhǎng)差，從而改變非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PD的光譜的功率分配，來實(shí)現(xiàn)濾波器的可重構(gòu)性。再參照?qǐng)D1，主激光器I通過可調(diào)光衰減器5和光環(huán)形器7注入到從激光器11中，其中主激光器I和從激光器11均為單模DFB激光器，通過激發(fā)半導(dǎo)體激光器的單周期振蕩效應(yīng)(Pl)狀態(tài)產(chǎn)生等間距的梳狀光譜，在此，可調(diào)光衰減器5的作用是改變注入到從激光器11中的光強(qiáng)，這樣可以改變非線性動(dòng)態(tài)特性Pl光譜譜線間距，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧性。單周期振蕩效應(yīng)(Pl)光譜示意圖如圖2所示，該光譜的注入條件為歸一化注入強(qiáng)度O. 065，失諧頻率+20GHz，在此條件下產(chǎn)生了基頻頻率為21. 67GHz的等間距光譜結(jié)構(gòu)，在一定的失諧頻率下，該基頻頻率隨注入光強(qiáng)的增加而增大。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，需搭配Sagnac環(huán)濾波器正、負(fù)系數(shù)傳輸曲線線性區(qū)的帶寬，選擇注入?yún)?shù)從而使所產(chǎn)生的抽頭譜線在其帶寬范圍內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)濾波器的可調(diào)諧性，除了上面改變注入光強(qiáng)外，還可以通過溫度或電流調(diào)節(jié)主激光器I和從激光器11的波長(zhǎng)差實(shí)現(xiàn)，來實(shí)現(xiàn)改變Pi光譜基頻的目的。通過相位調(diào)制器16，將微波信號(hào)調(diào)制到光載波上，經(jīng)過光隔離器20以及3dB光耦合器，調(diào)制后的光進(jìn)入Sagnac環(huán)形濾波器26，為了實(shí)現(xiàn)負(fù)系數(shù)的帶通濾波器，同時(shí)也為將相位調(diào)制轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度調(diào)制，Pl光譜譜線應(yīng)該在Sagnac環(huán)形濾波器26傳輸曲線的正、負(fù)系數(shù)的線性區(qū)內(nèi)。經(jīng)過色散光纖27的延遲作用，其延遲時(shí)間的大小選擇依光譜譜線的相干程度而定，一般要使延遲時(shí)間遠(yuǎn)大于相干時(shí)間。再經(jīng)過光放大器29的放大，在光電探測(cè)器31檢測(cè)后，恢復(fù)出光域?yàn)V波后的微波信號(hào)。除單模色散光纖外，其它未聲明的光器件間的連接光纖都為保偏光纖，同時(shí)使用偏振控制器，這樣可以去除光偏振態(tài)因環(huán)境變化而不穩(wěn)定的影響，使微波光子濾波器性能更加穩(wěn)定可靠，而且在本發(fā)明中，為了使主、從激光器處于正失諧狀態(tài)，從而更易實(shí)現(xiàn)Pl非線性動(dòng)態(tài)特性，要使主激光器的波長(zhǎng)小于從激光器的波長(zhǎng)。在本發(fā)明中，光隔離器20的作用是使Sagnac環(huán)形濾波器26單向輸出，從而不會(huì)影響輸入的光譜。上面實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧性的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)光譜譜線功率的改變，從而實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)性。在圖2中，實(shí)現(xiàn)了五個(gè)抽頭的微波光子濾波器，實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，可以動(dòng)態(tài)選擇注入?yún)?shù)，實(shí)現(xiàn)更多抽頭，抽頭的數(shù)量與注入條件有關(guān)。在本發(fā)明中，利用Pl非線性動(dòng)態(tài)特性的多譜線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多抽頭濾波器。由于改變注入強(qiáng)度和主、從激光器間失諧頻差不僅可以改變Pi光譜中譜線間基頻頻率，還可以改變光譜譜線的功率，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)濾波器的可重構(gòu)性。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于，該可調(diào)諧微波光子濾波器包括主激光器(I)、第一偏振控制器(3)、可調(diào)光衰減器(5)、光環(huán)形器(7)、從激光器(11)、第二偏振控制器(9)、第三偏振控制器(12)、相位調(diào)制器(16)、第四偏振控制器(18)、光隔離器(20)、3dB光稱合器(23)、Sagnac環(huán)濾波器(26)、單模色散光纖 (27)、光放大器(29)和光電探測(cè)器(31)，其中該主激光器(I)輸出端連接于該第一偏振控制器(3)的第一端(2),該第一偏振控制器⑶的第二端⑷連接于該可調(diào)光衰減器(5)的輸入端，該可調(diào)光衰減器(5)的輸出端連接于該光環(huán)形器(7)的第一端口(6)；該光環(huán)形器(7)的第二端口(8)連接于該第二偏振控制器(9)的第一端(8)，該第二偏振控制器(9)的第二端(10)連接于該從激光器(11)；該光環(huán)形器(7)的第三端口(13)連接于該第三偏振控制器(12) —端，該第三偏振控制器(12)的另一端連接于該相位調(diào)制器(16)的光輸入端(14)，微波調(diào)制信號(hào)(15)對(duì)該光輸入端(14)輸入的光進(jìn)行調(diào)制；該相位調(diào)制器(16)的光輸出端(17)通過第四偏振控制器(18)連接于該光隔離器(20)的輸入端,該光隔離器(20)的輸出端連接于該3dB光f禹合器(23)的第一端口(21),該 3dB光耦合器(23)的第三端口(24)和第四端口(25)均連接于該Sagnac環(huán)濾波器(26)；該3dB光f禹合器(23)的第二端口(22)連接于該單模色散光纖(27)的一端,該單模色散光纖(27)另一端連接于該光放大器(29)的輸入端(28),該光放大器(29)的輸出端(30) 連接于該光電探測(cè)器(31)，最終在該光電探測(cè)器(31)的輸出端口(32)輸出濾波后的微波信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于，所述主激光器(I)和所述從激光器(11)均為單模激光器，且從激光器(11)的波長(zhǎng)大于主激光器(I)的波長(zhǎng)，通過所述主激光器(I)注入到所述從激光器(11)，從而激發(fā)所述從激光器(11)的非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PI)狀態(tài)來產(chǎn)生等間距的類似梳狀的光譜，從而實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器的多抽頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于，該可調(diào)諧微波光子濾波器通過采用該可調(diào)光衰減器(5)調(diào)整該主激光器(I)注入到該從激光器(11)的注入光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)從激光器(11)的非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PI) 的光譜的頻率間隔可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)濾波器可調(diào)諧性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于，該可調(diào)諧微波光子濾波器通過直接選取該主激光器(I)和該從激光器(11)間的波長(zhǎng)差，實(shí)現(xiàn)從激光器(11)的非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PI)的光譜的頻率間隔可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)濾波器的可調(diào)諧性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于，該可調(diào)諧微波光子濾波器是通過改變?cè)撝骷す馄?I)注入到該從激光器(11)中的光強(qiáng)以及該主激光器(I)與該從激光器(11)之間的波長(zhǎng)差，從而改變非線性動(dòng)態(tài)特性單周期振蕩(PI)的光譜的功率分配，來實(shí)現(xiàn)濾波器的可重構(gòu)性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的可調(diào)諧微波光子濾波器，該可調(diào)諧微波光子濾波器包括主激光器、第一偏振控制器、可調(diào)光衰減器、光環(huán)形器、從激光器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、相位調(diào)制器、第四偏振控制器、光隔離器、3dB光耦合器、Sagnac環(huán)濾波器、單模色散光纖、光放大器和光電探測(cè)器。該濾波器結(jié)構(gòu)利用光注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)特性，通過激發(fā)半導(dǎo)體激光器的單周期振蕩效應(yīng)P1，產(chǎn)生頻率間隔可調(diào)的類似梳妝光譜，通過調(diào)整主激光器注入到從激光器的注入強(qiáng)度或兩個(gè)激光器間的失諧頻率，以實(shí)現(xiàn)濾波窗口可調(diào)的微波光子濾波器，并可同時(shí)實(shí)現(xiàn)濾波器的可重構(gòu)性及多抽頭結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G02F1/01GK103018928SQ201210578938
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者劉雨平, 漆曉瓊, 謝亮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所