一种分频与倍频产生方法和装置制造方法及图纸

本申请公开了一种分频与倍频产生方法和装置，解决了分频与倍频装置结构复杂、成本高、精度和集成度低的问题。前端激光器、相位区、后端激光器依次集成在同一衬底上；前端激光器、后端激光器相互注入；两个激光器的工作波长不同；所述相位区通过电极调谐两个激光器之间的耦合强度和耦合相位，改变两个激光器的光注入比；两个激光器的驱动信号为调制信号，通过调节调制信号的频率，实现微波的分频或倍频；所述后端激光器的输出光经过所述单模光纤引出，经过所述光电探测器转换为调制信号，通过所述射频电缆输出。本发明专利技术实现简单，产生的调制信号纯度高、精确性强、结构紧凑、性能稳定、成本低。

A Method and Device for Frequency Division and Frequency Doubling Generation

【技术实现步骤摘要】
一种分频与倍频产生方法和装置
本申请涉及光电子领域，尤其涉及一种分频与倍频产生方法和装置。
技术介绍
光微波收发系统是微波通信、电子对抗、雷达、遥控、遥感以及许多测量系统中至关重要的部件。作为收发系统的核心，倍频与分频产生方法和装置对系统性能起着关键性的作用。由于“电子瓶颈”限制，传统电域方法实现微波倍频与分频通常存在系统结构复杂、成本高、稳定性差等缺点；此外，产生的调制信号频率(低于数GHz)较低、相位噪声较差，尤其是，频率每放大一倍相位噪声劣化约6dB；利用光学方法实现调制信号的分频与倍频也是一种常用的方法，其中尤以基于分立器件的光注入锁定半导体激光器系统为主，不过，偏振控制繁琐、结构复杂、体积大、功耗高、耦合损耗大。如果用一般的单片集成激光器来实现，两个激光器集成在同一芯片上，共用同一波导、同一温度控制器，则无法通过温度控制实现两激光器波长失谐。
技术实现思路
本申请实施例提供一种分频与倍频产生方法和装置，解决了分频与倍频装置结构复杂、成本高、精度和集成度低的问题。一方面，本申请实施例提出一种分频与倍频产生装置，包括前端激光器、相位区、后端激光器、单模光纤、光电探测器、射频电缆。所述前端激光器、相位区、后端激光器依次集成在同一衬底上。所述前端激光器、后端激光器通过相位区连接，实现相互注入；所述前端激光器和所述后端激光器的工作波长不同；所述相位区为有源波导构成，相位区长度为200-300μm，通过电极调谐所述前端激光器、后端激光器之间的耦合强度和耦合相位，改变所述前端激光器与所述后端激光器的光注入比；所述前端激光器或后端激光器的驱动信号为调制信号，通过调节调制信号的频率，实现微波的分频或倍频；所述后端激光器的输出光经过所述单模光纤引出，经过所述光电探测器转换为微波信号，通过所述射频电缆输出。优选地，所述前端激光器和所述后端激光器是用重构-等效啁啾技术制成的DFB激光器。优选地，所述前端激光器、相位区、后端激光器具有相同的外延材料及结构；所述材料外延结构通过传统二阶金属有机化合物化学气相沉淀法对材料外延生长得到，所述材料外延结构包括n型衬底、n型缓冲层、n型限制层、应变多量子阱层、p型限制层、光栅材料层、p型熔覆层、p型欧姆接触层、p型波导层、绝缘层和正负电极。优选地，所述前端激光器和所述相位区之间为第一电隔离区，所述相位区和所述后端激光器之间为第二电隔离区。优选地，所述第一电隔离区、第二电隔离区、前端激光器、相位区、后端激光器共用同一脊波导结构；优选地，所述第一电隔离区和所述第二电隔离区是利用电子束刻蚀技术刻蚀掉光栅结构和欧姆接触层制成。优选地，所述第一电隔离区和所述第二电隔离区的长度均在30～80μm范围内。优选地，所述前端激光器、相位区、后端激光器所采用的外延材料是III-V族化合物半导体材料、II-VI族化合物半导体材料、IV-VI族化合物半导体材料、掺铝半导体材料中至少一种。优选地，所述前端激光器和所述后端激光器的波长间隔<0.5nm。另一方面，本申请还提出一种分频与倍频产生方法，用于本申请任意一项实施例所所述装置，包含以下步骤：调节所述前端激光器和/或所述后端激光器的直流偏置电流，改变所述前端激光器和所述后端激光器之间的频率间隔以及光注入比，使所述装置工作在双周期振荡状态；在双周期振荡状态下，使所述前端激光器和所述后端激光器共同作用产生的振荡光信号相互锁定；改变所述调制信号的频率，调制信号直接调制所述前端激光器或所述后端激光器，当频率源注入的调制信号频率逐渐靠近双周期振荡频率时，实现微波的倍频；逐渐靠近失谐频率时，实现微波的分频。本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：分频与倍频产生装置实现方法简单，产生的微波信号谱纯度高、精确性强、结构紧凑、性能稳定、成本低，其中单片集成互注入激光器是低成本实现的。克服了传统分立器件多、注入系统体积大、结构复杂、稳定性差等缺点；提高了两个激光器失谐频率的控制精度、提高单片集成激光器的可生产性与成品率、降低了制造难度和制造成本。以较低成本、低质量的注入射频信号调制所述前端激光器和所述后端激光器实现高质量的分频与倍频信号产生。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为基于单片集成互注入激光器的分频与倍频产生装置结构示意图；图2为单片集成激光器结构示意图；图3为双周期振荡状态下的输出光谱示意图；图4为本专利技术分频与倍频产生方法的实际效果图；图5为本专利技术分频与倍频产生方法的控制流程图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。图1为基于单片集成互注入激光器的分频与倍频产生装置结构示意图。本申请实施例提出一种分频与倍频产生装置，包括前端激光器1、相位区2、后端激光器3、单模光纤4、光电探测器5、射频电缆6。所述前端激光器、相位区、后端激光器依次集成在同一衬底上。所述前端激光器、后端激光器通过相位区连接，实现相互注入；所述前端激光器和所述后端激光器的工作波长不同；所述相位区为有源波导构成，相位区长度为200-300μm，通过电极调谐所述前端激光器、后端激光器之间的耦合强度和耦合相位，改变所述前端激光器与所述后端激光器的光注入比。所述前端激光器或后端激光器的驱动信号为调制信号，通过调节调制信号的频率，实现微波的分频或倍频。所述后端激光器的输出光经过所述单模光纤引出，经过所述光电探测器转换为微波信号，通过所述射频电缆输出。在现有技术中，集成激光器制作是有源波导，无源波导结合，制作过程复杂。本申请实施例的相位区只使用有源波导，避免了集成激光器制作过程中复杂的有源无源波导结合。所述前端激光器的光通过相位区注入到后端激光器中，后端激光器的光通过相位区注入到前端激光器中，两个激光器实现相互注入，从而改变两个激光器的物理特性(调制带宽增大、阈值电流降低、电光转换效率增强)。通过调谐相位区的电流可改变相位区中载流子的浓度，从而实现折射率的改变，促使光在相位区中传播的光程的变化，从而实现对前端激光器与后端激光器激射出的光的相位以及强度的控制。另外，所述前端激光器以及所述后端激光器光栅结构中在其中央各增加了一段pi相移，可以有效的提高前端激光器与后端激光器的单模性能。制作过程中，使前端激光器自由振荡状态下激射的光波长小于后端激光器自由振荡状态下激射的光波长，从而更有利于单片集成激光器实现注入锁定。在本申请的一个实施例中，单片集成激光器通过标准蝶形封装，共有7个管脚，分别控制着集成激光器的温度以及两个激光器区和相位区的电流，封装过程中，对单片集成激光器的芯片进行解离，并分别在集成激光器的两侧涂覆高反射膜以及抗反射膜，从而将更多的光反馈到后端激光器一侧，提高单片集成激光器输出光的功率，本集成激光器中，输出的光最终将从后端激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分频与倍频产生装置，包括前端激光器、相位区、后端激光器、单模光纤、光电探测器、射频电缆，其特征在于，所述前端激光器、相位区、后端激光器依次集成在同一衬底上；所述前端激光器、后端激光器通过相位区连接，实现相互注入；所述前端激光器和所述后端激光器的工作波长不同；所述相位区为有源波导构成，相位区长度为200‑300μm，通过电极调谐所述前端激光器、后端激光器之间的耦合强度和耦合相位，改变所述前端激光器与所述后端激光器的光注入比；所述前端激光器或后端激光器的驱动信号为调制信号，通过调节调制信号的频率，实现微波的分频或倍频；所述后端激光器的输出光经过所述单模光纤引出，经过所述光电探测器转换为微波信号，通过所述射频电缆输出。

【技术特征摘要】
1.一种分频与倍频产生装置，包括前端激光器、相位区、后端激光器、单模光纤、光电探测器、射频电缆，其特征在于，所述前端激光器、相位区、后端激光器依次集成在同一衬底上；所述前端激光器、后端激光器通过相位区连接，实现相互注入；所述前端激光器和所述后端激光器的工作波长不同；所述相位区为有源波导构成，相位区长度为200-300μm，通过电极调谐所述前端激光器、后端激光器之间的耦合强度和耦合相位，改变所述前端激光器与所述后端激光器的光注入比；所述前端激光器或后端激光器的驱动信号为调制信号，通过调节调制信号的频率，实现微波的分频或倍频；所述后端激光器的输出光经过所述单模光纤引出，经过所述光电探测器转换为微波信号，通过所述射频电缆输出。2.根据权利要求1所述分频与倍频产生装置，其特征在于，所述前端激光器和所述后端激光器是用重构-等效啁啾技术制成的DFB激光器。3.根据权利要求1所述分频与倍频产生装置，其特征在于，所述前端激光器、相位区、后端激光器具有相同的外延材料及结构；所述材料外延结构通过传统二阶金属有机化合物化学气相沉淀法对材料外延生长得到，所述材料外延结构包括n型衬底、n型缓冲层、n型限制层、应变多量子阱层、p型限制层、光栅材料层、p型熔覆层、p型欧姆接触层、p型波导层、绝缘层和正负电极。4.根据权利要求1所述分频与倍频产生装置，其特征在于，所述前端激光器和所述相位区之间为第一电隔离区，所述相位区和所述后端...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑吉林，李晋，蒲涛，张云山，张鑫，陈向飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32