專利名稱：利用光延遲自注入dbr激光器得到微波的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用光延時(shí)自注入的分布布拉格反射激光器(DBR-DiStributed Bragg Reflection)通過(guò)光外差技術(shù)產(chǎn)生微波信號(hào)的新方法。通過(guò)光的延時(shí)自注入方法， DBR激光器可以實(shí)現(xiàn)雙模輸出。其外差產(chǎn)生的微波信號(hào)的線寬可以極大的降低。
背景技術(shù)：
光生微波技術(shù)具有寬帶寬，低傳輸損耗和不易受外界電磁波干擾等優(yōu)點(diǎn)，因而在 遠(yuǎn)端天線，微波光纖連接，光相控陣列天線，以及無(wú)線通信中毫米波信號(hào)傳輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣 泛的應(yīng)用前景。目前，光生微波技術(shù)一般可分為三類。第一類，由兩個(gè)激光器產(chǎn)生兩個(gè)波長(zhǎng) 相近的光波，再通過(guò)光外差技術(shù)由光探測(cè)器輸出微波信號(hào)。但是，產(chǎn)生的微波信號(hào)頻率不穩(wěn) 定，而且相位噪聲比較大。第二類，用微波源對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制，再通過(guò)光探測(cè)器外差得到微 波信號(hào)。得到的微波信號(hào)的頻率與調(diào)制頻率相同或者是其倍頻。第三類，用雙模激光器產(chǎn) 生兩個(gè)波長(zhǎng)的光波，再通過(guò)光外差法由光探測(cè)器輸出微波信號(hào)。與前兩種方法相比較，這種 方法具有兩個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)一，不需要單獨(dú)的調(diào)制微波源。二，由于兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光波產(chǎn)生 于同一個(gè)激光器，雙模間具有一定的相位相關(guān)性和頻率相干性。同時(shí)，溫度和激光器偏置電 流對(duì)波長(zhǎng)的影響也可消除。因此可以產(chǎn)生頻率相對(duì)穩(wěn)定，線寬較窄，相位噪聲較低的微波信 號(hào)。DBR激光器又稱為可調(diào)諧激光器，它一般包含有源區(qū)，相區(qū)和光柵區(qū)。通過(guò)改變激 光器的相區(qū)電流，其激射波長(zhǎng)可在比較寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。如果在激光器相區(qū)加載方波 電壓，激光器可以在方波電壓周期的不同時(shí)刻產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的光波。例如，當(dāng)激光器工作在 方波的低電平時(shí)，其激射波長(zhǎng)是X1 ；而當(dāng)激光器工作在方波電壓的高電平時(shí)，其激射波長(zhǎng) 是λ2。入工和λ2周期性的交替出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種利用光延遲自注入DBR激光器得到微波信號(hào)的 裝置及方法，其是使用方波調(diào)制的分布布拉格反射激光器(DBR-Distributed Bragg Reflection)，通過(guò)光自注入在激光器中同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)波長(zhǎng)的光波，再利用光外差法由探測(cè) 器得到微波信號(hào)。本發(fā)明提供一種利用光延遲自注入DBR激光器得到微波的裝置，包括一方波發(fā)射器；— DBR激光器，該DBR激光器經(jīng)一電阻與方波發(fā)射器的輸出端連接；一 3dB的耦合器，該3dB的耦合器的兩個(gè)輸入端的一端與DBR激光器的輸出端連 接；一攙鉺光纖放大器，該攙鉺光纖放大器的輸入端與3dB的耦合器的兩個(gè)輸出端的 一端連接，該攙鉺光纖放大器的輸出端經(jīng)光纖延遲線返回接入3dB的耦合器的另一輸出 端；
一高頻光探測(cè)器，該高頻光探測(cè)器的輸入端與3dB的耦合器的另一輸入端連接；一頻譜儀，該頻譜儀的輸入端與高頻光探測(cè)器的輸出端連接。其中DBR激光器被方波發(fā)射器產(chǎn)生的方波電壓調(diào)制，通過(guò)方波電壓的調(diào)制，DBR激 光器在不同時(shí)間不同電壓下產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的光波。其中DBR激光器的輸出光經(jīng)過(guò)3dB的耦合器、攙鉺光纖放大器和光纖延遲線的延 遲后注入回DBR激光器的本身，使DBR激光器同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)波長(zhǎng)的光波。其中該光纖延遲線對(duì)光的延遲時(shí)間，等于方波發(fā)射器產(chǎn)生的方波電壓的半個(gè)周 期。其中高頻光探測(cè)器產(chǎn)生的微波信號(hào)由光外差拍頻得到，該微波信號(hào)的頻率是通過(guò) 調(diào)節(jié)方波發(fā)射器產(chǎn)生的方波電壓高、低電平進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明提供一種利利用光延遲自注入DBR激光器得到微波的方法，該方法使用的 是如前所述的裝置，包括如下步驟步驟1 將方波發(fā)射器產(chǎn)生的方波電壓對(duì)DBR激光器進(jìn)行調(diào)制，使DBR激光器在不 同時(shí)間產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的輸出光；步驟2 :DBR激光器輸出光經(jīng)過(guò)3dB的耦合器、攙鉺光纖放大器和光纖延遲線后注 入回DBR激光器，使DBR激光器同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)波長(zhǎng)的光波，光纖延遲線延遲的時(shí)間等于方波 發(fā)射器產(chǎn)生的方波電壓的半個(gè)周期；步驟3 將兩個(gè)波長(zhǎng)的光波送入高頻光探測(cè)器，得到微波信號(hào)，該微波信號(hào)的頻 率，是通過(guò)調(diào)節(jié)方波電壓的高、低電平的電壓值進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且得到的微波信號(hào)能夠在寬范圍內(nèi)很方便的 調(diào)節(jié)。利用光自注入方法，實(shí)現(xiàn)單模激光器的雙模輸出。并且，這兩個(gè)模式具有頻率相干性 和相位相關(guān)性，通過(guò)外差拍頻法可以得到窄線寬的微波信號(hào)。


為了清楚說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容及特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的 描述，其中圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明一種利用光延遲自注入DBR激光器得到微波信號(hào)的裝置， 包括一方波發(fā)生器10，該方波發(fā)生器10可以產(chǎn)生周期和幅度可調(diào)的方波電壓，其輸出 的方波電壓越穩(wěn)定，上升時(shí)間和下降時(shí)間越短越好；用該方波發(fā)生器10產(chǎn)生方波電壓，對(duì) DBR激光器12進(jìn)行調(diào)制。方波電壓的頻率很低，小于1MHz。一 DBR激光器12，該DBR激光器12經(jīng)一電阻11與方波發(fā)射器10的輸出端連接； 其中電阻11的作用是防止方波電壓的幅度過(guò)大，產(chǎn)生大的電流對(duì)DBR激光器11造成損害。 DBR激光器12被方波發(fā)生器10產(chǎn)生的方波電壓調(diào)諧，通過(guò)方波電壓的調(diào)諧，DBR激光器12 在不同時(shí)間不同電壓下產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的光波。對(duì)應(yīng)與方波電壓的高低電平，DBR激光器12 可以產(chǎn)生兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光波，這兩個(gè)光波交替出現(xiàn)，而不是同時(shí)出現(xiàn)，每個(gè)波長(zhǎng)的光波持續(xù)激射的時(shí)間為發(fā)波電壓的半個(gè)周期；一 3dB的耦合器13，該3dB的耦合器13為2 X 2的耦合器，其兩個(gè)輸入端的一端與 DBR激光器12的輸出端連接；—攙鉺光纖放大器15，該攙鉺光纖放大器15的輸入端與3dB的耦合器13的兩個(gè) 輸出端的一端連接，該攙鉺光纖放大器15的輸出端經(jīng)光纖延遲線14后接入3dB的耦合器 13的另一輸出端；其中DBR激光器12的輸出光經(jīng)過(guò)3dB的耦合器13、攙鉺光纖放大器15 和光纖延遲線14的延遲后注入回DBR激光器12的本身。該光纖延遲線14用來(lái)對(duì)光進(jìn)行延 遲，其延遲時(shí)間等于方波發(fā)射器10產(chǎn)生的電壓的半個(gè)周期。因此，當(dāng)DBR激光器12工作在 方波電壓的低電平(高電平)時(shí)，注入回DBR激光器12的光波對(duì)應(yīng)于高電平(低電平)的 波長(zhǎng)。這樣DBR激光器12就可以同時(shí)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于高電平和低電平的兩個(gè)波長(zhǎng)的光波。由于 這兩個(gè)光波同時(shí)產(chǎn)生于同一有源區(qū)，溫度和激光器驅(qū)動(dòng)電流對(duì)波長(zhǎng)的影響可以消除。同時(shí)， 這兩個(gè)波長(zhǎng)的光波之間具有一定的頻率相干性和相位相關(guān)性，由相位波動(dòng)而產(chǎn)生的相位噪 聲也可以消除。因此，外差產(chǎn)生的微波信號(hào)具有窄的線寬。該攙鉺光纖放大器15是放大倍 數(shù)可調(diào)的，用來(lái)調(diào)節(jié)注入回DBR激光器12的光波的功率。該攙鉺光纖放大器15也可以用 半導(dǎo)體光放大器代替。一高頻光探測(cè)器16，該高頻光探測(cè)器16的輸入端與3dB的耦合器13的另一輸入 端連接；由于自注入后的DBR激光器12同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)波長(zhǎng)的光波，因此高頻光探測(cè)器16同 時(shí)接受到這兩個(gè)波長(zhǎng)的光波。由光外差拍頻，高頻光探測(cè)器16輸出微波信號(hào)，該微波信號(hào) 的頻率對(duì)應(yīng)于兩個(gè)光波頻率的頻率差。通過(guò)調(diào)節(jié)方波電壓高、低電平的值，可以調(diào)節(jié)兩個(gè)光 波的波長(zhǎng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)所產(chǎn)生微波信號(hào)的頻率；一頻譜儀17，該頻譜儀17的輸入端與高頻光探測(cè)器16的輸出端連接。高頻光探 測(cè)器16輸出的微波信號(hào)通過(guò)頻譜儀17進(jìn)行檢測(cè)分析。由頻譜儀17可以檢測(cè)到微波信號(hào) 的線寬，頻率變化等特性。根據(jù)上述裝置，利用光延遲自注入DBR激光器得到微波信號(hào)的方法包括如下步 驟步驟1 將方波發(fā)射器10產(chǎn)生的方波電壓對(duì)DBR激光器12進(jìn)行調(diào)制，使DBR激光 器12在不同時(shí)間產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的輸出光；對(duì)應(yīng)于方波電壓的高、低電平，DBR激光器12交 替產(chǎn)生兩個(gè)波長(zhǎng)的光波。步驟2 =DBR激光器12輸出光經(jīng)過(guò)3dB的耦合器13、攙鉺光纖放大器15和光纖延 遲線14后注入回DBR激光器12，光纖延遲線14延遲的時(shí)間等于方波發(fā)射器10產(chǎn)生的方波 電壓的半個(gè)周期。由于光自注入，使DBR激光器12同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)波長(zhǎng)的光波，；步驟3 將兩個(gè)波長(zhǎng)的光波送入高頻光探測(cè)器16，得到微波信號(hào)，該微波信號(hào)的頻 率，是通過(guò)調(diào)節(jié)方波電壓的高、低電平的電壓值進(jìn)行調(diào)節(jié)。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(shuō)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
一種利用光延遲自注入DBR激光器得到微波的裝置，包括一方波發(fā)射器；一DBR激光器，該DBR激光器經(jīng)一電阻與方波發(fā)射器的輸出端連接；一3dB的耦合器，該3dB的耦合器的兩個(gè)輸入端的一端與DBR激光器的輸出端連接；一攙鉺光纖放大器，該攙鉺光纖放大器的輸入端與3dB的耦合器的兩個(gè)輸出端的一端連接，該攙鉺光纖放大器的輸出端經(jīng)光纖延遲線返回接入3dB的耦合器的另一輸出端；一高頻光探測(cè)器，該高頻光探測(cè)器的輸入端與3dB的耦合器的另一輸入端連接；一頻譜儀，該頻譜儀的輸入端與高頻光探測(cè)器的輸出端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光延遲自注入DBR激光器得到微波的裝置，其中DBR激 光器被方波發(fā)射器產(chǎn)生的方波電壓調(diào)制，通過(guò)方波電壓的調(diào)制，DBR激光器在不同時(shí)間不同 電壓下產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的光波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光延遲自注入DBR激光器得到微波的裝置，其中DBR激 光器的輸出光經(jīng)過(guò)3dB的耦合器、攙鉺光纖放大器和光纖延遲線的延遲后注入回DBR激光 器的本身，使DBR激光器同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)波長(zhǎng)的光波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光延遲自注入DBR激光器得到微波的裝置，其中該光纖 延遲線對(duì)光的延遲時(shí)間，等于方波發(fā)射器產(chǎn)生的方波電壓的半個(gè)周期。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光延遲自注入DBR激光器得到微波的裝置，其中高頻光 探測(cè)器產(chǎn)生的微波信號(hào)由光外差拍頻得到，該微波信號(hào)的頻率是通過(guò)調(diào)節(jié)方波發(fā)射器產(chǎn)生 的方波電壓高、低電平進(jìn)行調(diào)節(jié)。
6.一種利利用光延遲自注入DBR激光器得到微波的方法，該方法使用的是如權(quán)利要求 1所述的裝置，包括如下步驟步驟1 將方波發(fā)射器產(chǎn)生的方波電壓對(duì)DBR激光器進(jìn)行調(diào)制，使DBR激光器在不同時(shí) 間產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的輸出光；步驟2 :DBR激光器輸出光經(jīng)過(guò)3dB的耦合器、攙鉺光纖放大器和光纖延遲線后注入回 DBR激光器，使DBR激光器同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)波長(zhǎng)的光波，光纖延遲線延遲的時(shí)間等于方波發(fā)射 器產(chǎn)生的方波電壓的半個(gè)周期；步驟3 將兩個(gè)波長(zhǎng)的光波送入高頻光探測(cè)器，得到微波信號(hào)，該微波信號(hào)的頻率，是 通過(guò)調(diào)節(jié)方波電壓的高、低電平的電壓值進(jìn)行調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種利用光延遲自注入DBR激光器得到微波的裝置，包括一方波發(fā)射器；一DBR激光器，該DBR激光器經(jīng)一電阻與方波發(fā)射器的輸出端連接；一3dB的耦合器，該3dB的耦合器的兩個(gè)輸入端的一端與DBR激光器的輸出端連接；一摻鉺光纖放大器，該摻鉺光纖放大器的輸入端與3dB的耦合器的兩個(gè)輸出端的一端連接，該摻鉺光纖放大器的輸出端經(jīng)光纖延遲線返回接入3dB的耦合器的另一輸出端；一高頻光探測(cè)器，該高頻光探測(cè)器的輸入端與3dB的耦合器的另一輸入端連接；一頻譜儀，該頻譜儀的輸入端與高頻光探測(cè)器的輸出端連接。
文檔編號(hào)H01S5/06GK101931162SQ20091008839
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者客建紅, 張紅廣, 滿江偉, 祝寧華, 袁海慶, 謝亮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所