光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，包括泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器、第一光耦合器、透镜、VCSEL、反馈回路、光功率计、第二光隔离器、第二光耦合器和光电探测器，泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器和第一光耦合器依次连接，第一光耦合器的一个支路连接光功率计，其另一个支路依次连接透镜、VCSEL和反馈回路，第二光隔离器与第一光耦合器相连，其依次连接第二光耦合器和光电探测器，采用自旋偏振模式高度稳定且易操控的光泵自旋VCSEL，无需外部注入可产生高频稳定的单周期振荡波形，结构简单、成本低；无需复杂的滤波和选频，易于操作、信号质量高，其产生的毫米波信号频率高达数百GHz。波信号频率高达数百GHz。波信号频率高达数百GHz。

【技术实现步骤摘要】
光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置


[0001]本技术涉及光学、自旋电子学、微波光子
，尤其涉及光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置。

技术介绍

[0002]毫米波/微波光子信号产生技术由于在宽带无线接入网络、传感器网络、雷达、卫星通信、仪器仪表等民用及军事领域都具有广阔的应用前景而备受关注。微波光子学技术包括微波和毫米波信号的光子产生、处理、控制和分布。利用微波光子技术的第一步是微波光子的产生。在产生光子微波的过程中，已经提出并演示了许多技术，包括直接调制技术、光外差技术、外调制技术、锁模半导体激光器、光电振荡器和单周期振荡。在这些技术中，基于单周期振荡动力学的光子微波产生具有许多优点，如近单边带频谱，最大限度地减少了功率损失，全光器件配置的低成本和广泛可调的振荡频率并且摆脱弛豫振荡的限制。例如：利用连续波光注入半导体激光器产生单周期振荡，并使用镜面反馈稳定微波信号的方案(参见[J.P.Zhuang and S.C.Chan, "Phase noise characteristics of microwave signals generated bysemiconductor laser dynamics,"Opt.Express 23,2777
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2797(2015).])；基于光注入谐波调制产生单周期振荡的方案(参见[L.Fan,G.Xia,J. Chen,X.Tang,Q.Liang,and Z.Wu,"High
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purity 60GHz bandmillimeter
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wave generation based on optically injected semiconductorlaser under subharmonic microwave modulation,"Opt.Express 24, 18252
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18265(2016).])；基于光注入产生单周期振荡，光纤布拉格光栅反馈稳定微波信号的方案(参见[S.S.Li,X.Zou,L.Wang,A.Wang,W. Pan,and L.Yan,"Stable period
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one oscillations in a semiconductor laserunder optical feedback from a narrowband fiber Bragg grating,"OptExpress 28,21286
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21299(2020).])；基于光注入垂直腔表面发射激光器与双光反馈的方案(参见[C.Xue,D.Chang,Y.Fan,S.Ji,Z.Zhang, H.Lin,P.S.Spencer,and Y.Hong,"Characteristics of microwavephotonic signal generation using vertical
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cavity surface
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emitting laserswith optical injection and feedback,"Journal of the Optical Society ofAmerica B 37(2020).])。
[0003]目前报道的单周期振荡的产生方案大多需要外部光注入，且需要强注入强度才能得到高频单周期振荡，这些方案是的系统结构变得复杂且成本较高；另外一方面产生的单周期振荡的频率较低。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，以解决上述
技术介绍
中所提出的问题。
[0005]为达到上述目的，本技术采用的技术方案是：光泵自旋 VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，包括泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器、第一光耦合器、透镜、VCSEL、反
馈回路、光功率计、第二光隔离器、第二光耦合器和光电探测器，所述泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器和第一光耦合器依次连接，所述第一光耦合器的一个支路连接光功率计，其另一个支路依次连接透镜和VCSEL，所述VCSEL产生单周期振荡波形，其与反馈回路相连，所述第二光隔离器与第一光耦合器输出端相连，其依次连接第二光耦合器和光电探测器。
[0006]作为进一步的优化，所述反馈回路包括可变光衰减器和反射镜，所述可变光衰减器与VCSEL相连，单周期振荡信号经VCSEL发射由可变光衰减器传导后经反射镜反射，再经可变光衰减器传导回 VCSEL形成反馈回路。
[0007]作为进一步的优化，所述反馈回路为全光反馈或电光反馈，其传输形式为光纤传输或空间光传输。
[0008]作为进一步的优化，所述VCSEL为光泵浦VCSEL。
[0009]作为进一步的优化，所述VCSEL为偏振载流子注入的自旋电子器件。
[0010]作为进一步的优化，所述VCSEL为通过机械应力改变双折射率的自旋电子器件。
[0011]作为进一步的优化，所述泵浦源为980nm连续波输出。
[0012]作为进一步的优化，VCSEL通过机械应力改变其双折射率，使得VCSEL产生单周期振荡信号。
[0013]作为进一步的优化，VCSEL工作在自由运行状态，非锁定状态。
[0014]与已有技术相比，本技术的有益效果体现在：一方面本装置核心器件为商用VCSEL，经光泵浦激光，无需任何电光调制器、光学频率梳和光学滤波器，具有结构简单、成本低及易于操控的优点，另一方面该装置中激光器无需任何外部注入即可工作在单周期振荡态，在此基础上，采用光反馈回路对光子微波信号的线宽进行压缩以及相位进行进一步稳定，从而获得毫米波信号具有频率高、大宽带和灵活可调谐的优点。
附图说明
[0015]图1为本技术的装置示意图。
[0016]图2为本技术的时序图。
[0017]图3为本技术的光谱图。
[0018]图4为本技术的频谱图。
[0019]图中，1.泵浦源；2.第一光隔离器；3.偏振控制器；4.第一光耦合器；5.透镜；6.VCSEL；7.可变光衰减器；8.反射镜；9.光功率计；10. 第二光隔离器；11.第二光耦合器；12.光电探测器。
具体实施方式
[0020]以下是本技术的具体实施例，结合附图对本技术的技术方案作进一步的描述，但本技术并不限于这些实施例。
[0021]如图1至4所示，光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，包括泵浦源1、第一光隔离器2、偏振控制器3、第一光耦合器4、透镜5、VCSEL 6、反馈回路、光功率计9、第二光隔离器10、第二光耦合器11和光电探测器12，泵浦源1、第一光隔离器2、偏振控制器3和第一光耦合器4依次连接，第一光耦合器4的一个支路连接光功率计9，其另一个支路依次连接透镜5和VCSEL 6，VCSEL 6产生单周期振荡波形，其与反馈回路相连，反馈回路包括可变光衰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，其特征在于，包括泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器、第一光耦合器、透镜、VCSEL、反馈回路、光功率计、第二光隔离器、第二光耦合器和光电探测器，所述泵浦源、第一光隔离器、偏振控制器和第一光耦合器依次连接，所述第一光耦合器的一个支路连接光功率计，其另一个支路依次连接透镜和VCSEL，所述VCSEL产生单周期振荡波形，其与反馈回路相连，所述第二光隔离器与第一光耦合器输出端相连，其依次连接第二光耦合器和光电探测器。2.根据权利要求1所述的光泵自旋VCSEL周期振荡毫米波信号产生装置，其特征在于，所述反馈回路包括可变光衰减器和反射镜，所述可变光衰减器与VCSEL相连，单周期振荡信号经VCSEL发射由可变光衰减器传导后经反射镜反射，再经可变光衰减器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李念强，黄于，周沛，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：