[实用新型]一种基于光电反馈VCSEL的双路微波频率梳发生器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于光电反馈VCSEL的双路微波频率梳发生器，属于信息技术领域。

背景技术

微波频率梳是指一系列频率间隔相等的梳状微波信号。目前，微波频率梳发生器已经广泛应用于国民生产生活中。如微波频率梳信号在锁相环中常被用做谐波信号源或用于电磁干扰中的测量和频谱分析仪的校准；微波频率梳信号可用于电磁兼容性(EMC)测试；此外，微波频率梳信号在电子雷达对抗，毫米波通信，军事侦察等军事领域也有广泛的应用。

传统的微波频率发生技术基本上都是基于电容或电阻的非线性电路来获取微波频率梳信号。利用电学方式产生的微波频率梳，虽然带宽可达几个GHz甚至十几个GHz，但是由于梳距不能灵活调节而使其应用受到极大地限制。在利用光学方案产生微波频率梳方面，目前主要的方式是利用光学频率梳经光电探测器转换而获得微波频率梳信号，然而这种频率梳通常还需要引入复杂的谱色散管理，因而导致基于光学频率梳获得微波频率梳的系统比较复杂，系统造价也比较昂贵。此外，利用光学非线性效应也可从实验上获得谐波达GHz水平的微波频率梳信号，但所获得的微波频率梳还存在梳线功率不均衡、含有较多的非谐波毛刺等问题。

众所周知，半导体激光器(SLs)在光反馈、光注入、光电反馈等外部扰动下可呈现出单周期、倍周期甚至混沌等一系列丰富的非线性动力学行为，这些动力学行为已经广泛应用于光生微波、混沌保密通信、随机数发生器等领域。相应的，基于SLs非线性动力学的微波频率梳产生技术也受到了人们的关注。研究者利用SLs在外部扰动下的谐波频率锁定获得了带宽达3GHz的微波频率梳信号。最近，我们也利用非相干光反馈SLs的非线性动力学获得了带宽达15GHz的微波频率梳信号。然而，上述微波频率梳产生方案都是基于边发射半导体激光器(EELs)来实现的。相比EELs，垂直腔面发射激光器VCSEL因具有低阈值电流、大调制带宽、容易与光纤耦合、易集成等优势而有望取代EELs成为未来光信号处理的关键器件。相应的，基于VCSEL的非线性动力学及其应用的研究受到了人们的广泛关注。特别是，VCSEL的有源区或腔存在微弱的各向异性导致其输出可能存在两个正交的偏振分量，且在适当的偏置电流下VCSEL可同时输出两个正交的偏振分量,这为双路微波频率梳信号的获取提供了可能，显然，这种双路微波频率梳发生技术相比其他微波频率梳产生方案有着巨大的优势。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于光电反馈VCSEL的双路微波频率梳发生器，以达到能够利用半导体激光器的非线性动力学产生双路微波频率梳信号的目的。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于光电反馈VCSEL的双路微波频率梳发生器，包括信号发生器模块、光电反馈模块和控制模块；

所述信号发生器模块包括垂直腔面发射激光器VCSEL、温度控制器、电流控制器、非球面透镜a、分束镜、隔离器、半波片、偏振分束器，所述垂直腔面发射激光器VCSEL分别与所述温度控制器输入端和所述电流控制器输入端连接，所述垂直腔面发射激光器VCSEL发射出的光束经所述非球面透镜a后通过分束镜分为两部分，一部分光束进入光电反馈模块，另一部光束分别依次通过所述隔离器、所述半波片后进入所述偏振分束器，所述偏振分束器将两个偏振分量分离；

所述光电反馈模块包括非球面透镜b、光纤准直器a、光电探测器a、电放大器、电衰减器和射频偏置器，所述非球面透镜b接受来自分束镜的光束后，光束依次通过所述光纤准直器a、所述光电探测器a、所述电放大器、所述电衰减器和所述射频偏置器后反馈回垂直腔面发射激光器VCSEL，形成光电反馈。

所述控制模块包括与所述信号发生器模块和所述光电反馈模块相连的数据采集卡和电脑。

作为本实用新型进一步改进，所述VCSEL的中心波长为850nm。

作为本实用新型进一步改进，所述光电探测器均为12GHz宽带光电探测器。

作为本实用新型进一步改进，所述控制模块采用Labview编程控制系统。

本实用新型的工作原理及有益效果：

工作原理：本实用新型首先利用控制模块调节VCSEL的工作电流和温度，使激光器工作在双模共存区，然后调节光电反馈的强度和时延，使VCSEL的两个偏振分量均工作于谐波频率锁定的脉冲态，然后利用半波片和偏振分束镜将两个偏振分量分离，最后将两个分量的光信号经光电探测器后转换成两路微波频率梳信号。

本实用新型的有益效果：

1、相比通常的微波频率梳发生器，因采用VCSEL作为核心器件，整个系统体积小，易集成，且成本低；