[发明专利]基于边带注入锁定用于产生高频微波的集成光电子器件

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学领域的光电子器件制备技术领域，特别涉及一种利 用边带注入锁定产生高频微波的集成光电子器件。

技术背景

本发明是一种用边带注入锁定产生高频微波的集成光电子器件，然后通过 光外差来产生高频微波，其应用范围十分广泛，包括无线局域网、天线远程控 制等。下面首先简要介绍高频微波或者毫米波在无线通信中的重要性，然后介 绍光电子技术在毫米波无线通信中的应用。

近年来，随着光纤网络和互联网络(Internet)的不断发展，以Internet为载 体的语音、图像、数据、视频、以及多媒体业务大大刺激了人们对于通信速率 的需求。以波分复用技术(WDM)为基础的光纤通信技术迅速发展并得到广泛 应用，已成为干线系统物理层最为有效的传输手段。但另一方面，连接用户终 端与干线光纤网络的接入网的通信速率却还处于较低的水平。目前，处于整个 通信链路之中的“first mile”(或称为“last mile”)的接入网成为了高速通信技 术的瓶颈，因此下一代高速接入技术成为近年来研究的热点。在各种接入技术 之中，高速无线接入技术由于具有终端可移动的灵活性而备受关注。提高传输 速率最为行之有效的方法是采用频率更高的电磁波作为通信载波，因此使用比 目前移动通信载波(800MHz～1.9GHz)频率更高的毫米波(30GHz～300 GHz)，可以支持传输速率超过Gb/s的高速无线接入。由于毫米波段的微波在高 速无线通信方面展现出的潜力，美国、日本、德国等多个国家目前都在进行毫 米波无线接入技术的研究，其中核心的研究内容包括接入网系统结构、毫米波 的产生和传输技术。

由于毫米波具有极高的频率，如果采用传统的同轴电缆进行传输则其损耗 十分严重。同时，采用电域的方法产生和处理毫米波信号也存在成本较高的问 题。一个有效的解决方案是将毫米波无线接入与光波技术相结合，利用光波作 为载波传输毫米波信号，可以有效的降低其传输损耗，即通常所说的RoF(Radio  over Fiber)技术。同时，可以利用光波技术实现毫米波信号的产生，从而有效 地降低无线接入系统的复杂度和成本。

若要在光波上加载频率为f的毫米波，可以直接利用毫米波振荡器产生频率 为f的信号并采用高速光调制器将该信号加载到光波上。但由于目前毫米波振荡 器和工作在毫米波频段上的高速光调制器价格仍然十分昂贵，因此限制了接入 系统的成本。另一方面，可以采用光外差的方法产生毫米波信号，即利用两个 频率差为f的光信号在光电探测器中通过差频产生频率为f信号。由于这种方法 不需要毫米波振荡器和高速光调制器，可以极大的降低系统成本。同时，该方 法还可以与光波分复用技术相结合，同时调制多个信道，从而进一步降低整个 系统的成本和简化系统结构。因此，光差频型毫米波无线接入网结构简单，成 本低廉，非常适合于下一代的宽带无线接入网。目前，利用光外差法产生微波 或者毫米波的技术主要包括双波长激光器、锁模激光器、光锁相环、边带注入 锁定等方案。下面，对边带注入锁定方案的原理进行说明，以便理解本发明提 出的新器件的特点和优势。

理论上，将两个频率差为f的激光器输出的光信号耦合在一起，就可以利用 光电探测器的平方检波效应得到频率为f的微波信号。但是，作为光通信用的光 源，半导体激光器的线宽比较大，一个普通的分布反馈型(Distributed Feedback， DFB)半导体激光器的线宽往往在MHz的量级，因此两个独立的DFB激光器 进行自由拍频后，得到的微波信号的相位噪声很大，无法满足无线通信的要求。 一个解决办法是利用注入锁定(Injection Locking)来实现低相位噪声。