一种产生宽带微波频率梳的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种产生宽带微波频率梳的装置及方法，涉及光学技术领域，信号源输出调制频率和调制功率均可调的调制信号，直接调制第一半导体激光器DFB‑SL1的工作电流，输出规则脉冲信号作为种子频率梳，规则脉冲信号通过光脉冲注入系统及光环形器单向注入第二半导体激光器DFB‑SL2，利用光注入引起的频谱扩展效应，第二半导体激光器DFB‑SL2输出功率均衡、梳线纯净、频率稳定的宽带微波频率梳信号。由于种子频率梳的梳距能够简单地通过改变调制信号的频率而进行连续调节，因此基于光脉冲注入的第二半导体激光器DFB‑SL2输出微波频率梳的梳距也能够大范围连续调节。适用于雷达测距、宽带无线通信、卫星通信、军事侦察等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种产生宽带微波频率梳的装置及方法
本专利技术涉及光学
，特别是涉及一种微波频率梳的产生技术。
技术介绍
微波频率梳由一系列频率间隔相等的梳状微波信号组成，它可以在一个频段内同时提供几十个不同频率的微波信号，因而在雷达测距、宽带无线通信、卫星通信、军事侦察等领域具有广泛的应用。目前，微波频率梳的产生方法主要包括电学和光学两种。传统的电学方法受所用电子器件的带宽限制，仅能产生带宽为十几GHz的微波频率梳，且通过电学方法产生的微波频率梳存在梳距不能灵活调节、梳线功率极不均衡等缺陷。在利用光学方法产生微波频率梳方面，其中一种方式是将光学频率梳经光电探测器转换为微波频率梳。然而，受这种获取方式的物理机制影响，基于光学频率梳获取微波频率梳的系统比较复杂，成本高昂，且通过该方法产生的微波频率梳的梳线功率不均衡、梳距较大(数GHz以上)且难以调节。除了上述微波频率梳的产生方法外，人们还提出了利用半导体激光器的非线性特性来产生微波频率梳。如名称为“一种高质量微波频率梳的光学产生方法”(公开号CN106159640A)的中国专利技术专利，公开了基于半导体激光器的声光频移光学回路产生高质量微波频率梳；名称为“一种基于光电反馈VCSEL的双路微波频率梳”(CN105006727A)的中国专利技术专利，公开了基于光电反馈半导体激光器产生双路微波频率梳，名称为“全光宽带微波频率梳发生器”(CN104577648A)的中国专利技术专利，公开了基于非相干光反馈半导体激光器产生宽带微波频率梳，名称为“一种微波频率梳生成方法、装置”(CN106816802A)的中国专利技术专利，公开了基于光注入及光电反馈半导体激光器产生梳齿间距高精细的微波频率梳。上述微波频率梳生成技术均采用了光反馈回路或光电反馈回路，由于微波频率梳的性能及梳距与反馈回路的长度有密切关系，且受系统结构限制，反馈回路的长度往往有限且很难灵活调节，这导致基于反馈回路的微波频率梳的产生方案很难获得梳距在较大范围内连续可调的微波频率梳。比如CN106159640A公开的一种高质量微波频率梳的光学产生方法，其梳距就只能在几十MHz～1GHz范围内调节。另外，上述采用反馈回路获取的微波频率梳的纯净度不高，梳线的线宽较大，一般在几kHz乃至几百kHz量级，且微波频率梳的相位噪声较高，这对一些高精度、高精准的雷达探测和军事侦察是极大的限制。名称为“基于半导体激光器的可调谐超宽带微波频率梳的产生方法”(公开号CN106981814A)，可以在1.1GHz～1.2GHz和3.3GHz～8.0GHz两个非连续可调的梳距范围内获得带宽高达59GHz(在±5dB幅度平坦度内)、相噪低于-86dBc/Hz@10kHz的纯净微波频率梳。但是，通过该方法产生的微波频率梳的低频梳线功率明显高于其他高频梳线功率，如果从常规的角度(即一般从低频梳线到高频梳线范围)考虑整个微波频率梳的平坦度，该微波频率梳的功率极不均衡。因此CN106981814A是在排除了0GHz至8GHz低频梳线，且在两个非连续可调的梳距范围内才能获得59GHz带宽(在±5dB幅度平坦度内)的微波频率梳。对于很多实际应用，人们对梳距连续可调、梳线从低频到高频均十分平坦的宽带、纯净微波频率梳极其渴望。因此，为了克服上述微波频率梳产生方案的弊端，获得功率均衡、梳线纯净、频率稳定、梳距大范围连续可调的宽带微波频率梳，需要进行更加深入的技术探索。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的上述不足，设计一种基于半导体激光器的非线性动态获取微波频率梳的装置，可以产生功率均衡、梳线纯净、频率稳定、梳距大范围连续可调的宽带微波频率梳。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是，提供一种功率均衡、梳距可调、梳线纯净的宽带微波频率梳产生装置，该装置包括：种子频率梳模块，第一光分束器，第二半导体激光器，光脉冲注入模块，光环形器OC，微波频率梳探测模块。其中，种子频率梳模块，采用直接调制第一半导体激光器产生种子频率梳，为后续获得功率均衡、梳距可调、梳线纯净的宽带优质微波频率梳信号提供种子源；第一光分束器，用于将种子频率梳信号分路；第二半导体激光器，用于产生宽带优质微波频率梳信号，含射频调制端口，其温度及电流受高精度的温控及电流源所控制；光脉冲注入模块，用于将种子频率梳单向注入到第二半导体激光器中，其输入端、输出端分别与第一光分束器、光环形器连接；光环形器,用于将种子频率梳注入到第二半导体激光器，同时将第二半导体激光器的信号输出到微波频率梳探测模块进行探测，为三端口器件；微波频率梳探测模块，用于探测种子频率梳和第二半导体激光器输出的宽带优质微波频率梳的性能。具体为，一种产生宽带微波频率梳的装置，包括：种子频率梳模块，第一光分束器，光脉冲注入模块，光环形器，第二半导体激光器，其中，种子频率梳模块中信号源直接调制第一半导体激光器DFB-SL1产生种子频率梳信号；第一光分束器FC1将种子频率梳信号分成两路，其中一路信号进入光脉冲注入模块，另一路信号进入微波频率梳探测模块，光脉冲注入模块的输出信号通过光环形器OC将种子频率梳信号单向注入到第二半导体激光器DFB-SL2，第二半导体激光器DFB-SL2输出梳距连续可调、梳线从低频到高频均十分平坦的宽带、纯净微波频率梳信号。进一步地，该装置还包括微波频率梳探测模块，用于探测种子频率梳和第二半导体激光器输出的微波频率梳的性能，包括：第三光分束器FC3、第一光电探测器PD1、第二光电探测器PD2、数字示波器OSC、频谱分析仪ESA，第一半导体激光器DFB-SL1或第二半导体激光器DFB-SL2输出的微波频率梳信号通过第三光分束器FC3分成两路，两路微波频率梳信号分别经第一光电探测器PD1和第二光电探测器PD2转换为电信号后，输入数字示波器OSC和频谱分析仪ESA，数字示波器探测微波频率梳的时间序列，频谱分析仪探测微波频率梳的功率谱及单边带相位噪声。优选地，种子频率梳模块中信号源输出调制频率fm和调制功率Pm均可调的调制信号，直接电流调制第一半导体激光器DFB-SL1的工作电流，第一半导体激光器DFB-SL1输出一个梳距随fm改变的微波种子频率梳信号。进一步地，光脉冲注入模块包括：掺铒光纤放大器EDFA、偏振控制器PC、可变光衰减器VA、第二光分束器FC2、光功率计PM，掺铒光纤放大器EDFA放大第一半导体激光器DFB-SL1产生的种子频率梳信号；偏振控制器PC匹配第一半导体激光器DFB-SL1和第二半导体激光器DFB-SL2的偏振态；可变光衰减器VA调节注入的种子频率梳信号功率的大小后输入光环形器OC单向注入种子频率梳到第二半导体激光器DFB-SL2。本专利技术还提供一种产生宽带微波频率梳的方法，包括步骤，信号源MFS输出调制频率fm和调制功率Pm均可调的调制信号，直接调制第一半导体激光器DFB-SL1的工作电流，使第一半导体激光器DFB-SL1输出一个梳距可调的微波种子频率梳，输入第一光分束器FC1；FC1将种子频率梳分成两路，其中一路信号进入微波频率梳探测模块，另一路信号进入光脉冲注入模块，光脉冲注入模块对微波种子频率梳进行放大、偏振、分路处理后通过光环形器单向注入到第二半导体激光器DFB-SL2中，促使第二半导体激光器DF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生宽带微波频率梳的装置，其特征在于，该装置包括：种子频率梳模块，第一光分束器，光脉冲注入模块，光环形器，第二半导体激光器DFB‑SL2，其中，种子频率梳模块中信号源直接调制第一半导体激光器DFB‑SL1产生种子频率梳信号；第一光分束器FC1将种子频率梳信号分成两路，其中一路信号进入光脉冲注入模块，另一路信号进入微波频率梳探测模块，光脉冲注入模块的输出信号通过光环形器OC将种子频率梳信号单向注入到第二半导体激光器DFB‑SL2，第二半导体激光器DFB‑SL2输出梳距连续可调、梳线从低频到高频均十分平坦的宽带微波频率梳信号。

【技术特征摘要】
1.一种产生宽带微波频率梳的装置，其特征在于，该装置包括：种子频率梳模块，第一光分束器，光脉冲注入模块，光环形器，第二半导体激光器DFB-SL2，其中，种子频率梳模块中信号源直接调制第一半导体激光器DFB-SL1产生种子频率梳信号；第一光分束器FC1将种子频率梳信号分成两路，其中一路信号进入光脉冲注入模块，另一路信号进入微波频率梳探测模块，光脉冲注入模块的输出信号通过光环形器OC将种子频率梳信号单向注入到第二半导体激光器DFB-SL2，第二半导体激光器DFB-SL2输出梳距连续可调、梳线从低频到高频均十分平坦的宽带微波频率梳信号。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，种子频率梳模块中信号源输出调制频率fm和调制功率Pm均可调的调制信号，直接电流调制第一半导体激光器DFB-SL1的工作电流，第一半导体激光器DFB-SL1输出一个梳距可调的微波种子频率梳信号。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，光脉冲注入模块包括：掺铒光纤放大器EDFA、偏振控制器PC、可变光衰减器VA、第二光分束器FC2、光功率计PM，掺铒光纤放大器EDFA放大第一半导体激光器DFB-SL1产生的种子频率梳信号；偏振控制器PC匹配第一半导体激光器DFB-SL1和第二半导体激光器DFB-SL2的偏振态；可变光衰减器VA调节注入的种子频率梳信号功率的大小后输入光环形器OC单向注入种子频率梳到第二半导体激光器DFB-SL2。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括微波频率梳探测模块，用于探测种子频率梳和半导体激光器输出的微波频率梳的性能，包括：第三光分束器FC3、第一光电探测器PD1、第二光电探测器PD2、数字示波器OSC、频谱分析仪ESA，第一半导体激光器DFB-SL1或第二半导体激光器DFB-SL2输出的微波频率梳信号通过第三光分束器FC3分成两路，两路微波频率梳信号分别经第一光电探测器PD1和第二光电探测器PD2转换为电信号后，输入数字示波器OSC和频谱分析仪ESA，数字示波器探测微波频率梳的时间序列，频谱分析仪探测微波频率梳的功率谱及单边带相位噪声。5.一种产生宽带微波频率梳的方法，其特征在于，信...

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