專利名稱：低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波光子學(xué)領(lǐng)域，更具體的說是利用雙波長單縱模分布反饋光纖激光
器產(chǎn)生低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧微波源。
背景技術(shù)：
相控陣微波雷達(dá)、光載無線通信(R0F)系統(tǒng)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)都需要
高頻、窄線寬、低相位噪聲精確可調(diào)諧的微波源。但是基于電子學(xué)方法產(chǎn)生的微波源由于受
到元器件性能的限制，很難產(chǎn)生高頻、低成本、高穩(wěn)定性的微波。基于拍頻效應(yīng)的光生微波
方法由于可產(chǎn)生高頻、窄帶寬、低相位噪聲微波信號源近幾年受到了高度重視。
光生微波的方法主要分為以下三類(I)分立鎖相光生微波法，由不同光源發(fā)射
的兩束不同頻率的激光，入射到光電探測器上，基于差頻效應(yīng)，產(chǎn)生了頻率等于兩束激光頻
率差的微波。但是由于兩束激光具有隨機(jī)相位，因此為降低相位噪聲，為產(chǎn)生穩(wěn)定微波源，
必須利用鎖相環(huán)或注入鎖定的方式鎖定激光的相位，從而大大的增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成
本。(II)外調(diào)制光生微波法，一束激光經(jīng)過外調(diào)制產(chǎn)生邊帶(強(qiáng)度調(diào)制或相位調(diào)制)，利用
邊帶的差頻效應(yīng)可以得到基頻偶數(shù)倍的高頻微波，由于這方法利用同一束激光邊帶拍頻產(chǎn)
生微波，邊帶之間具有頻率相干性，不需要相位鎖定，但需要高質(zhì)量的參考微波信號。(III)
單縱模雙波長光生微波法，在同一個(gè)諧振腔內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)縱模，利用雙縱模的拍頻產(chǎn)生
微波，由于兩個(gè)縱模利用了相同的諧振腔，因此其相位一致，無需鎖定。此方法簡單，但如果
利用半導(dǎo)體激光產(chǎn)生微波具有插入損耗高，不易與ITU-T波長對準(zhǔn)等缺點(diǎn)。 綜上所述，如何實(shí)現(xiàn)低相位噪聲、窄線寬、可精確調(diào)諧、低插入損耗的光生高頻微
波源是迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波源， 其可解決微波源低頻、高相位噪聲、寬線寬、不易精確調(diào)諧和高插入損耗問題。
本發(fā)明提供一種低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波源，包括
—泵浦源； —波分復(fù)用器，該波分復(fù)用器的第一端與泵源連接； —超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵，該超結(jié)構(gòu)有源光纖Bragg相移光柵的一端與 波分復(fù)用器的第二端連接； —吸收液，該超結(jié)構(gòu)有源光纖Bragg相移光柵的一端浸入其中；
—光電探測器，該光電探測器與波分復(fù)用器的第三端連接； —電控可伸縮壓電陶瓷，超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵3固定在電控可伸縮壓 電陶瓷的側(cè)表面。 其中泵浦源是中心波長為980nm的半導(dǎo)體激光器，或者是中心波長為1480nm的半 導(dǎo)體激光光器。
其中超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵寫在了摻鉺光敏光纖上，或者寫制在摻鐿， 摻鈥、摻銩、或者是鉺鐿共摻的光敏光纖上。 其中超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵是在摻鉺光敏光纖上利用相位掩模法寫 制的，寫制過程分為兩步第一步是用一塊相位掩模板在有源光敏光纖上寫制一個(gè)相移 Bragg光纖光柵；第二步是將第一塊相位為掩模板取下來，換上另外一塊與第一塊相位掩 模板中心波長略有差異的相位掩模板，在相同柵區(qū)寫制另一個(gè)相移Bragg光纖光柵；或者 利用同一塊相位掩模板首先在摻鉺光敏光纖上寫制一個(gè)Bragg相移光纖光柵，然后在有源 光敏光纖上施加一個(gè)縱向應(yīng)力，在相同柵區(qū)上利用同一塊相位掩模板寫制第二個(gè)相移光 其中在超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵是在摻鉺光敏光纖寫制而成的，并在泵浦 光的作用下利用分布反饋實(shí)現(xiàn)雙波長單縱模激光，或者在半導(dǎo)體材料上制作超結(jié)構(gòu)相移光 柵，利用分布反饋實(shí)現(xiàn)雙波長單縱模激光，從而實(shí)現(xiàn)微波信號源。 其中微波信號的波長是在加溫控系統(tǒng)后，通過電控壓電陶瓷的伸縮實(shí)現(xiàn)精確調(diào) 諧，或者通過懸臂梁結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，或是應(yīng)變不敏感封裝后利用溫度的變化實(shí)現(xiàn)精確調(diào)諧。
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 單縱模雙波激光利用了相同的有源光纖作為增益介質(zhì)，大幅度降低了微波信號的 相位噪聲。 利用單縱模激光進(jìn)行拍頻，大幅度降低了微波信號的線寬。 利用溫控條件下電控壓電陶瓷的縱向伸縮，實(shí)現(xiàn)了對微波信號的微調(diào)諧，從而可 與ITU-T波長精確對準(zhǔn)。 實(shí)現(xiàn)了光纖化的微波信號源，大幅度降低了插入損耗，更有利于實(shí)現(xiàn)與ROF等系 統(tǒng)的集成。


為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和特征，以下結(jié)合實(shí)例及附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的 說明，其中 圖1是低相位噪聲窄線寬可調(diào)諧超結(jié)構(gòu)分布反饋光纖激光微波源 圖2是相移超結(jié)構(gòu)光纖光柵光譜示意圖 圖3是相移超結(jié)構(gòu)分布反饋光纖激光光譜示意圖
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波 源，包括 —泵浦源l，泵浦源1是中心波長為980nm的半導(dǎo)體激光器，或者是中心波長為 1480nm的半導(dǎo)體激光光器； —波分復(fù)用器2，該波分復(fù)用器2的第一端與泵源1連接； —超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵3，其一端與波分復(fù)用器2連接；該超結(jié)構(gòu)有源 Bragg相移光纖光柵3寫制在了載氫的摻鉺光敏光纖上，或者寫制在摻鐿，摻鈥、摻銩、或者 是鉺鐿共摻的光敏光纖上，或者在半導(dǎo)體材料上制作超結(jié)構(gòu)相移光柵，利用分布反饋實(shí)現(xiàn)
4雙波長單縱模激光，從而實(shí)現(xiàn)微波信號源。該超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵3是利用相位 掩模法寫制的，寫制過程分為兩步第一步是用一塊相位掩模板在有源光敏光纖上寫制相 移Bragg光纖，其透射譜如圖2(a)中的實(shí)線所示；第二步是將第一塊相位為掩模板取下來， 換上另外一塊與第一塊相位掩模板中心波長略有差別的相位掩模板，在相同柵區(qū)寫制另一 個(gè)相移Bragg光纖光柵，其透射譜如圖2(a)中虛線所示，最后所得超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移 光纖光柵透射譜如圖2(b)所示?；蛘呃猛粔K相位掩模板首先在有源光敏光纖上寫制 一個(gè)Bragg相移光纖光柵，然后在有源光敏光纖上施加一個(gè)縱向應(yīng)力，在相同柵區(qū)利用同 一塊相位掩模板寫制第二個(gè)相移光柵；該超結(jié)構(gòu)有源相移Bragg光纖光柵3在泵浦光的作 用下，諧振產(chǎn)生但縱模雙波長激光，其光譜圖如圖3所示。單縱模雙波激光利用了相同的有 源光纖作為增益介質(zhì)，大幅度降低了微波信號的相位噪聲；利用單縱模激光進(jìn)行拍頻，大幅 度降低了微波信號的線寬；實(shí)現(xiàn)了光纖化的微波信號源，大幅度降低了插入損耗，更有利于 實(shí)現(xiàn)與ROF等系統(tǒng)的集成 —吸收液4，超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵3的一端浸入其中； —光電探測器5，其與波分復(fù)用器2的第三端口連接，該光電探測器的功能是將兩
個(gè)不同波長的光信號通過拍頻效應(yīng)轉(zhuǎn)換成微波信號； —電控可伸縮壓電陶瓷6，超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵3固定(粘貼)于電控 可伸縮壓電陶瓷6的側(cè)表面；微波信號的波長是在加溫控系統(tǒng)后，通過電控壓電陶瓷的伸 縮實(shí)現(xiàn)精確調(diào)諧，從而可與ITU-T波長精確對準(zhǔn)，或者通過懸臂梁結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，或是應(yīng)變不 敏感封裝后利用溫度的變化實(shí)現(xiàn)精確調(diào)諧。 本發(fā)明的框圖結(jié)構(gòu)如圖1所示，泵浦源1發(fā)出的泵浦光經(jīng)過波分復(fù)用器2耦合到 超結(jié)構(gòu)有源相移光纖光柵3中。超結(jié)構(gòu)有源相移光纖光柵3的寫制過程如下?lián)姐s光敏光 纖先通過載氫增強(qiáng)其光敏性，利用紫外曝光法寫制一個(gè)相移Bragg光柵，然后換一個(gè)波長 接近的相移光柵相位掩模板，在相同的位置上寫制第二個(gè)相移Bragg光柵，從而實(shí)現(xiàn)超結(jié) 構(gòu)相移Bragg光柵的寫制(也可以利用相同的模板，兩次寫制過程中使摻鉺光敏光纖縱向 應(yīng)變不同)，其光譜示意圖如圖2(a)和(b)所示。超結(jié)構(gòu)有源相移Bragg光纖光柵3在泵 浦光的作用下，形成了雙波長單縱模分布反饋光纖激光器，其光譜圖如圖3所示。由波分復(fù) 用器2分離出來的單縱模雙波長激光被光電探測器5接收，拍頻產(chǎn)生微波信號。由于激光是 雙向的，因此為了避免激光對外界和激光器本身的損害，在相移超結(jié)構(gòu)光纖光柵的另一側(cè) 用吸收液4對激光和殘余泵浦光進(jìn)行吸收。由于兩個(gè)模式的波長隨縱向應(yīng)力的變化速率不 一致，因此可將此超結(jié)構(gòu)相移光纖光柵側(cè)向粘貼于壓電陶瓷6側(cè)表面，在溫控系統(tǒng)的作用 下利用壓電陶瓷的縱向伸縮對微波進(jìn)行的精確調(diào)諧，從而實(shí)現(xiàn)對ITU-T波長的精確對準(zhǔn)。
以上所述的具體實(shí)施例，對本發(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
一種低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波源，包括一泵浦源；一波分復(fù)用器，該波分復(fù)用器的第一端與泵源連接；一超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵，該超結(jié)構(gòu)有源光纖Bragg相移光柵的一端與波分復(fù)用器的第二端連接；一吸收液，該超結(jié)構(gòu)有源光纖Bragg相移光柵的一端浸入其中；一光電探測器，該光電探測器與波分復(fù)用器的第三端連接；一電控可伸縮壓電陶瓷，超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵3固定在電控可伸縮壓電陶瓷的側(cè)表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波源，其中泵浦 源是中心波長為980nm的半導(dǎo)體激光器，或者是中心波長為1480nm的半導(dǎo)體激光光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波源，其中超結(jié) 構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵寫在了摻鉺光敏光纖上，或者寫制在摻鐿，摻鈥、摻銩、或者是 鉺鐿共摻的光敏光纖上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波源，其中超結(jié) 構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵是在摻鉺光敏光纖上利用相位掩模法寫制的，寫制過程分為兩 步第一步是用一塊相位掩模板在有源光敏光纖上寫制一個(gè)相移Bragg光纖光柵；第二步 是將第一塊相位為掩模板取下來，換上另外一塊與第一塊相位掩模板中心波長略有差異的 相位掩模板，在相同柵區(qū)寫制另一個(gè)相移Bragg光纖光柵；或者利用同一塊相位掩模板首 先在摻鉺光敏光纖上寫制一個(gè)Bragg相移光纖光柵，然后在有源光敏光纖上施加一個(gè)縱向 應(yīng)力，在相同柵區(qū)上利用同一塊相位掩模板寫制第二個(gè)相移光柵。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、3和4所述的低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波源，其 中在超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵是在摻鉺光敏光纖寫制而成的，并在泵浦光的作用下 利用分布反饋實(shí)現(xiàn)雙波長單縱模激光，或者在半導(dǎo)體材料上制作超結(jié)構(gòu)相移光柵，利用分 布反饋實(shí)現(xiàn)雙波長單縱模激光，從而實(shí)現(xiàn)微波信號源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波源，其中微波 信號的波長是在加溫控系統(tǒng)后，通過電控壓電陶瓷的伸縮實(shí)現(xiàn)精確調(diào)諧，或者通過懸臂梁 結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，或是應(yīng)變不敏感封裝后利用溫度的變化實(shí)現(xiàn)精確調(diào)諧。
全文摘要
一種低相位噪聲窄線寬可精確調(diào)諧光纖化激光微波源，包括一泵浦源；一波分復(fù)用器，該波分復(fù)用器的第一端與泵源連接；一超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵，該超結(jié)構(gòu)有源光纖Bragg相移光柵的一端與波分復(fù)用器的第二端連接；一吸收液，該超結(jié)構(gòu)有源光纖Bragg相移光柵的一端浸入其中；一光電探測器，該光電探測器與波分復(fù)用器的第三端連接；一電控可伸縮壓電陶瓷，超結(jié)構(gòu)有源Bragg相移光纖光柵固定在電控可伸縮壓電陶瓷的側(cè)表面。
文檔編號H01S1/02GK101794952SQ20101010201
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者劉建國, 張紅廣, 漆曉瓊, 祝寧華, 薛力芳, 謝亮 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所