一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器制造技术

一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器，包括光注入半导体激光器模块、调节控制模块、光反馈模块和光电反馈模块；所述光注入半导体激光器模块包括第一半导体激光器、第二半导体激光器、第一偏振态控制器、第一光耦合器和光环形器；所述调节控制模块包括电流控制器、温度控制器；所述光反馈模块包括第二光耦合器、第三光耦合器、光纤延迟线、第二偏振态控制器、第一光衰减器和第四光耦合器；所述光电反馈模块包括第五光耦合器、光电探测器、第三偏振态控制器、马赫‑曾德光强调制器和第二光衰减器。本发明专利技术具有结构简单，成本低，易于实现等优点，产生了线宽更窄、频率调谐范围更大且频率更稳定的光子微波信号。

【技术实现步骤摘要】
一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器
本专利技术涉及半导体激光器与微波光子学
，具体涉及一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器。
技术介绍
光生微波技术由于利用光子学方法产生微波信号，能够在光纤中进行传输而具有高频、大带宽、低损耗、不受电磁场干扰、易于进行波分复用等特点，近年来受到人们极大的关注。该技术应用非常广泛，已经在光载无线(Radio-over-Fiber，RoF)通信系统、光学雷达系统、光纤通信系统、光信息处理等相关领域展现出了具有的应用前景。因此，近年来能够大范围调谐的窄线宽光子微波发生器成为人们研究的热点。目前，光子微波的产生方法主要有：直接调制法、光外差法、锁相环法、双模激光器拍频法和光注入法等。其中直接调制法是将信号直接加载在激光器的偏置电流上，使激光器的输出光强随信号振荡，但由于受到激光器调制响应的限制，该方法产生的光子微波频率无法达到较高的水平；光外差法采用两个独立的激光器进行拍频，由于两个激光器之间并没有固定的相位关系，因此其产生的光子微波线宽较大，稳定性较差；锁相环法产生的光子微波稳定性好，质量高，但是由于需要采用外部微波源等高频的电子设备而使系统结构复杂，成本更高；双模激光器法的结构紧凑，稳定性较好，但其调谐的范围受到一定的限制。光注入法是将第一半导体激光器发出的光注入到第二半导体激光器中，在合适的注入功率和频率失谐的条件下，第二半导体激光器将工作在单周期非线性动力学态，此时输出光强将以一个微波频率振荡从而产生光子微波。该方案具有结构简单，成本低，调谐范围大，光谱具有单边带结构，易于稳定等优势。但该方法产生的光子微波线宽相对较大，稳定性相对较差，与众多应用领域的实际要求还有一段距离。因此，在现有光注入半导体激光器单周期态产生光子微波的方案中，需要引入一些机制来进一步提高光子微波频率稳定性，减小微波线宽，从而将该发生器优化为结构简单、调谐范围大、频率稳定性高、相位噪声低的窄线宽光子微波发生器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器，具有线宽更窄、调谐范围更大和更稳定等优点。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器，包括光注入半导体激光器模块、调节控制模块、用于对光子微波的线宽进行初步压缩以及相位进行初步稳定的光反馈模块和用于对光子微波的线宽进行进一步压缩以及相位进行进一步稳定的光电反馈模块；所述光注入半导体激光器模块包括第一半导体激光器、第二半导体激光器、第一偏振态控制器、第一光耦合器和光环形器；所述调节控制模块包括电流控制器、温度控制器；所述第一半导体激光器发出的光束依次经第一偏振态控制器和第一光耦合器后进入光环形器的端口1，并经由光环形器的端口2注入到第二半导体激光器，调节注入功率和频率失谐这两个注入参数使第二半导体激光器工作在单周期振荡态的非线性动力学态，第二半导体激光器输出的光信号经端口2进入光环形器并由端口3输出，再经第二光耦合器分为两路，其中一路输出光子微波，另一路由第三光耦合器再分为两路，分别进入光反馈模块和光电反馈模块，所述光反馈模块和光电反馈模块输出的光信号依次经第四光耦合器、第一光耦合器和光环形器反馈回第二半导体激光器。优选的，所述光反馈模块包括光纤延迟线、第二偏振态控制器和第一光衰减器；所述第三光耦合器输出的光信号依次经光纤延迟线、第二偏振态控制器和第一光衰减器进入第四光耦合器。优选的，所述光电反馈模块包括第五光耦合器、光电探测器、第三偏振态控制器、马赫-曾德光强调制器和第二光衰减器；所述第三光耦合器输出的光信号经第五光耦合器分为两路，其中一路经第三偏振态控制器进入马赫-曾德光强调制器，另一路经光电探测器转换为电信号，再加载到马赫-曾德光强调制器上对其原始光信号进行调制，所述调制的光信号经第二光衰减器进入第四光耦合器。优选的，还包括光子微波输出端的隔离器、第六光耦合器和测试系统；所述第二光耦合器输出的光信号依次经隔离器、第六光耦合器进入测试系统。优选的，所述测试系统包括高速光电探测器、电谱分析仪和光谱分析仪；所述第六光耦合器将输入的光信号分为两路，其中一路经高速光电探测器进入电谱分析仪，另一路进入光谱分析仪。优选的，所述注入功率和频率失谐这两个注入参数的调节通过控制第一半导体激光器的电流和温度实现。优选的，所述第一半导体激光器为可调激光源；第二半导体激光器为分布反馈半导体激光器。优选的，所述电流控制器包括与第一半导体激光器连接的第一电流控制器和与第二半导体激光器连接的第二电流控制器；所述温度控制器包括与第一半导体激光器连接的第一温度控制器和与第二半导体激光器连接的第二温度控制器。优选的，所述光纤延迟线是可调光纤延迟线，用以控制反馈环路的长度。优选的，所述电流控制器和温度控制器通过通用接口总线与计算机连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器采用全光结构，不需要外部微波源，显著减少了高成本的高频电子设备的使用，避免了电子瓶颈的限制；将光反馈环路与改进后的光电反馈环路相结合，通过光反馈对光子微波信号的线宽进行初步压缩以及相位进行初步稳定，在此基础上，采用光电反馈对光子微波信号的线宽进行进一步压缩以及相位进行进一步稳定，以获得高质量的大范围连续调谐光子微波。本专利技术具有结构简单，成本低，易于实现等优点，产生了线宽更窄、频率调谐范围更大且频率更稳定的光子微波信号。附图说明图1为本专利技术的原理框图；图2为本专利技术技术方案的实验验证装置图；图3(a)为不同注入参数下光子微波频谱的叠加图，(b)为在不同的频率失谐下，光子微波频率随注入功率的变化曲线；图4为在不同运行条件下以光子微波频率为中心，100MHz范围内的频谱图，(a)无反馈环路，(b)引入光反馈环路，(c)引入光反馈和光电反馈环路；其中，图1中：1：第一半导体激光器，2：第一偏振态控制器，3：第一光耦合器，4：光环形器，5：第二半导体激光器，6：第一电流控制器，7：第一温度控制器，8：第二电流控制器，9：第二温度控制器，10：第二光耦合器，11：第三光耦合器，12：光纤延迟线，13：第二偏振态控制器，14：第一光衰减器，15：第四光耦合器，16：第五光耦合器，17：光电探测器，18：第三偏振态控制器，19：马赫-曾德光强调制器，20：第二光衰减器。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提供了一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器，所述发生器包括第一半导体激光器1、第一偏振态控制器2、第一光耦合器3、光环形器4、第二半导体激光器5、第一电流控制器6、第一温度控制器7、第二电流控制器8、第二温度控制器9、第二光耦合器10、第三光耦合器11、光纤延迟线12、第二偏振态控制器13、第一光衰减器14、第四光耦合器15、第五光耦合器16、光电探测器17、第三偏振态控制器18、马赫-曾德光强调制器19和第二光衰减器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器，其特征在于，包括光注入半导体激光器模块、调节控制模块、用于对光子微波的线宽进行初步压缩以及相位进行初步稳定的光反馈模块和用于对光子微波的线宽进行进一步压缩以及相位进行进一步稳定的光电反馈模块；所述光注入半导体激光器模块包括第一半导体激光器、第二半导体激光器、第一偏振态控制器、第一光耦合器和光环形器；所述调节控制模块包括电流控制器、温度控制器；所述第一半导体激光器发出的光束依次经第一偏振态控制器和第一光耦合器后进入光环形器的端口1，并经由光环形器的端口2注入到第二半导体激光器，调节注入功率和频率失谐这两个注入参数使第二半导体激光器工作在单周期振荡态的非线性动力学态，第二半导体激光器输出的光信号经端口2进入光环形器并由端口3输出，再经第二光耦合器分为两路，其中一路输出光子微波，另一路由第三光耦合器再分为两路，分别进入光反馈模块和光电反馈模块，所述光反馈模块和光电反馈模块输出的光信号依次经第四光耦合器、第一光耦合器和光环形器反馈回第二半导体激光器。

【技术特征摘要】
1.一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器，其特征在于，包括光注入半导体激光器模块、调节控制模块、用于对光子微波的线宽进行初步压缩以及相位进行初步稳定的光反馈模块和用于对光子微波的线宽进行进一步压缩以及相位进行进一步稳定的光电反馈模块；所述光注入半导体激光器模块包括第一半导体激光器、第二半导体激光器、第一偏振态控制器、第一光耦合器和光环形器；所述调节控制模块包括电流控制器、温度控制器；所述第一半导体激光器发出的光束依次经第一偏振态控制器和第一光耦合器后进入光环形器的端口1，并经由光环形器的端口2注入到第二半导体激光器，调节注入功率和频率失谐这两个注入参数使第二半导体激光器工作在单周期振荡态的非线性动力学态，第二半导体激光器输出的光信号经端口2进入光环形器并由端口3输出，再经第二光耦合器分为两路，其中一路输出光子微波，另一路由第三光耦合器再分为两路，分别进入光反馈模块和光电反馈模块，所述光反馈模块和光电反馈模块输出的光信号依次经第四光耦合器、第一光耦合器和光环形器反馈回第二半导体激光器。2.根据权利要求1所述的一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器，其特征在于，所述光反馈模块包括光纤延迟线、第二偏振态控制器和第一光衰减器；所述第三光耦合器输出的光信号依次经光纤延迟线、第二偏振态控制器和第一光衰减器进入第四光耦合器。3.根据权利要求1所述的一种大范围连续可调的窄线宽光子微波发生器，其特征在于，所述光电反馈模块包括第五光耦合器、光电探测器、第三偏振态控制器、马赫-曾德光强调制器和第二光衰减器；所述第三光耦合器输出的光信号经第五光耦合器分为两路，其中一路经第三偏振态控制器进入马赫-曾德光强调制器，另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：林晓东，邓涛，吴正茂，夏光琼，唐曦，樊利，高子叶，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50