基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置的制造方法
【專利摘要】一種基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置包括任意波形發(fā)生器，用于提供隨時間變化的電信號；分布布拉格反射激光器，與所述波形發(fā)生器電性連接，用于依據(jù)所述隨時間變化的電信號產(chǎn)生啁啾激光；可調(diào)諧單模激光器，用于產(chǎn)生可調(diào)諧單模激光；耦合器，與所述分布布拉格反射激光器、所述可調(diào)諧單模激光器連接，用于將所述分布布拉格反射激光器發(fā)出的啁啾激光與所述可調(diào)諧單模激光器發(fā)出的可調(diào)諧單模激光耦合；以及光電探測器，接收耦合后的激光，并生成啁啾微波，該啁啾微波產(chǎn)生裝置可以產(chǎn)生形狀、周期和帶寬可調(diào)的以及具有超高的時間帶寬積和壓縮比的啁啾微波。
【專利說明】
基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]相較于傳統(tǒng)雷達(dá)，新型脈沖壓縮雷達(dá)在保證探測距離的前提下，能大幅提高距離分辨力。寬帶啁啾微波信號源作為其發(fā)射信號的核心裝置，具有重要的研究價值。目前，啁啾微波信號一般基于電子學(xué)的方法產(chǎn)生，然而受限于電子瓶頸，很難得到帶寬超過1GHz的寬帶啁啾微波信號。而基于光子學(xué)的方法在帶寬、調(diào)諧性能和抗電磁干擾等方面更具優(yōu)勢。
[0003]基于光子學(xué)的方法主要有頻時映射法、拍頻法和基于相位調(diào)制的方法等。頻時映射的基本原理是在頻域?qū)捵V激光進(jìn)行整形，然后經(jīng)過色散介質(zhì)完成頻時映射，最后經(jīng)光電探測器得到啁啾微波。渥太華大學(xué)提出了多種基于頻時映射的啁啾微波產(chǎn)生方法(ChaoWang and Jianping Yao，IEEE transact1ns on Microwave Theory and Techniques,2008，56(2):542-553;Chao Wang and Jianping Yao, IEEE Photonics TechnologyLetters，2008,20(11 ):882-884),這類方法的共同缺點(diǎn)是中心頻率調(diào)諧范圍窄、時間帶寬積和壓縮比較低。中國臺灣Jin-Wei Shi等人提出了利用直流光與快速掃頻分布反饋(DFB)激光器拍頻得到啁啾微波的方案(J.-W.Shi，F(xiàn).-M.Kuo，et al.,IEEE Photonics Journal,2012,4(1):215-223；Jhih-Min Wun1Chia-Chien ffei,et al.,Optics Express,2013,21(9):11475-11481)，這種方案能得到較高的時間帶寬積和壓縮比，啁啾微波的形狀也能很好的調(diào)控，然而快速掃頻的原理是基于熱效應(yīng)，所以調(diào)諧速度慢，啁啾微波的頻率只能調(diào)節(jié)至IJlOkHz量級，更高的頻率將會以帶寬降低作為代價，而且得到的啁啾微波平坦度差，這些都會直接惡化雷達(dá)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]鑒于上述技術(shù)問題，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于分布布拉格反射(DBR)激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007 ]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置。該裝置包括任意波形發(fā)生器，用于提供隨時間變化的電信號；分布布拉格反射激光器，與所述波形發(fā)生器電性連接，用于依據(jù)所述隨時間變化的波形的電信號產(chǎn)生啁啾激光；可調(diào)諧單模激光器，用于產(chǎn)生可調(diào)諧單模激光;耦合器，與所述分布布拉格反射激光器、所述可調(diào)諧單模激光器連接，用于將所述分布布拉格反射激光器發(fā)出的啁啾激光與所述可調(diào)諧單模激光器發(fā)出的可調(diào)諧單模激光耦合；以及光電探測器，接收耦合后的激光，并生成啁啾微波。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明至少具有以下有益效果之一:
[00?0] (I)米用任意波形發(fā)生器控制分布布拉格反射激光器輸出啁啾激光，與單模激光器輸出的激光耦合后經(jīng)光電探測器輸出啁啾微波，可以實現(xiàn)超高的時間帶寬積和壓縮比，同時還能實現(xiàn)中心頻率、啁啾形狀、帶寬和周期的靈活調(diào)諧。
[0011](2)分布布拉格反射激光器的具體結(jié)構(gòu)使得在任意波形發(fā)生器控制可以輸出啁啾微波激光，利用任意波形發(fā)生器驅(qū)動分布布拉格反射激光器的相區(qū)，能實現(xiàn)較高的調(diào)制速率和較高的功率平坦度。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例1中基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為圖1中分布布拉格反射激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為圖1中另一分布布拉格反射激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明實施例2中基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5(a)為實施例2中任意波形發(fā)生器輸出頻率為IMHz的三角波電壓信號圖；
[0017]圖5(b)為任意波形發(fā)生器輸出如圖5(a)所示電壓信號，可調(diào)諧單模激光器輸出波長為1543.812nm時，得到的線性啁啾微波的時域波形圖；
[0018]圖5(c)為圖5(b)所示時域波形的短時傅里葉變換譜圖；
[0019]圖5(d)為任意波形發(fā)生器輸出如圖5(a)所示電壓信號，可調(diào)諧單模激光器輸出波長為1543.954nm時，得到的線性啁啾微波的時域波形圖；
[0020]圖5(e)為圖5(d)所示時域波形的短時傅里葉變換譜圖；
[0021]圖6(a)為實施例2中任意波形發(fā)生器輸出頻率為IMHz的正弦波電壓信號圖；
[0022]圖6(b)為任意波形發(fā)生器輸出如圖6(a)所示電壓信號，可調(diào)諧單模激光器輸出波長為1543.812nm時，得到的非線性啁啾微波的時域波形圖；
[0023]圖6(c)為圖6(b)所示時域波形的短時傅里葉變換譜圖。
[0024]【主要元件】
[0025]1-分布布拉格反射激光器；2-可調(diào)諧單模激光器；
[0026]3光耦合器；4-光電探測器；5-任意波形發(fā)生器；6-光隔離器
[0027]11-增益區(qū);12-相區(qū)；13-光柵區(qū);14-探測器區(qū)。
【具體實施方式】
[0028]在對本發(fā)明進(jìn)行介紹之前，首先對其設(shè)計原理進(jìn)行說明。
[0029]分布布拉格反射激光器可以利用其相區(qū)的自由載流子效應(yīng)來改變輸出波長，具體地，分布布拉格反射激光器相區(qū)加載正向電壓或電流，相區(qū)載流子濃度增大，自由載流子效應(yīng)導(dǎo)致相區(qū)有效折射率減小，從而減小有效腔長，最終改變輸出波長。
[0030 ]相區(qū)選擇合適的工作電壓(或電流)范圍，可以使分布布拉格反射激光器輸出波長與相區(qū)電壓(或電流)成線性關(guān)系。部分非線性可以通過調(diào)整任意波形發(fā)生器的波形進(jìn)行精細(xì)補(bǔ)償。
[0031]自由載流子效應(yīng)的速度在ns量級，所以啁啾的重復(fù)頻率可以從低頻調(diào)節(jié)到GHz量級。相區(qū)對激光的吸收很小，調(diào)節(jié)相區(qū)不會改變激光器的輸出功率，所以輸出激光的功率平坦度高。
[0032]任意波形發(fā)生器輸出形狀、幅度和周期可控的電信號，可以使分布布拉格反射激光器輸出具有特定啁啾形狀、帶寬和周期的啁啾激光。這一束啁啾激光與另外一束可調(diào)諧單模激光器輸出的單模激光耦合后在光電探測器中拍頻，就可以得到具有特定啁啾形狀、帶寬、周期和中心頻率的啁啾微波，啁啾微波的中心頻率與啁啾激光中心波長和單模激光的波長差有關(guān)，因此可以通過調(diào)節(jié)單模激光波長來調(diào)節(jié)中心頻率。
[0033]本發(fā)明某些實施例于后方將參照所附附圖做更全面性地描述，其中一些但并非全部的實施例將被示出。實際上，本發(fā)明的各種實施例可以許多不同形式實現(xiàn)，而不應(yīng)被解釋為限于此處所闡述的實施例;相對地，提供這些實施例使得本發(fā)明滿足適用的法律要求。
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0035]實施例1:
[0036]本實施例提供了一種基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，如圖1所不，該啁啾微波產(chǎn)生裝置包括分布布拉格反射激光器1、可調(diào)諧單模激光器2、光親合器3、光電探測器4和任意波形發(fā)生器5。
[0037]任意波形發(fā)生器5與分布布拉格反射激光器I米用電纜連接，為分布布拉格反射激光揩I(xiàn)提供電信號，可以為電壓信號或電流信號，優(yōu)選為電壓信號，從而改變分布布拉格反射激光器I的激射波長，使分布布拉格反射激光器I輸出的激光帶有特定啁啾。
[0038]分布布拉格反射激光器I與可調(diào)諧單模激光器2均米用光纖連接至光親合器3，分布布拉格反射激光器I輸出的帶有特定啁啾的激光與可調(diào)諧單模激光器2輸出的單模激光經(jīng)光耦合器3耦合后經(jīng)光纖入射至光電探測器4，光電探測器4將耦合激光的拍頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出啁啾微波。
[0039]分布布拉格反射激光器I優(yōu)選為半導(dǎo)體分布布拉格反射激光器，其具體結(jié)構(gòu)如附圖2所示，分布布拉格反射激光器I包括依次相鄰設(shè)置的增益區(qū)11、相區(qū)12、光柵區(qū)13和探測器區(qū)14，激光從探測區(qū)側(cè)出射。增益區(qū)11和探測器區(qū)14采用相同帶隙波長的材料，相區(qū)12和光柵區(qū)13采用帶隙波長相對增益區(qū)和探測器區(qū)藍(lán)移100-150nm的材料，減少光在相區(qū)12和光柵區(qū)13的吸收。在實施過程中，分布布拉格反射激光器I的增益區(qū)11由恒定電流源注入第一正向電流，相區(qū)12由任意波形發(fā)生器控制，加載正向偏壓，光柵區(qū)13懸空或恒定電流源注入第二正向電流，探測器區(qū)14懸空或加載反向偏壓，在任意波形發(fā)生器5的調(diào)制下，輸出啁啾激光。
[0040]分布布拉格反射激光器I中探測器區(qū)14的作用是將透過光柵區(qū)13的光吸收，避免光反射回增益區(qū)11，影響分布布拉格反射激光器I的單模特性，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解探測器區(qū)14并不是必須，在對出射激光要求不高、為了節(jié)省成本的情形下采用如圖3所示的沒有探測器區(qū)14的分布布拉格反射激光器I也可以實現(xiàn)本發(fā)明。
[0041 ]可調(diào)諧單模激光器2，為可調(diào)諧激光光源，輸出波長與分布布拉格反射激光器I的輸出的啁啾激光的中心波長相近，用于提供與分布布拉格反射激光器I輸出的啁啾激光拍頻的單模激光，通過調(diào)節(jié)單模激光波長來調(diào)節(jié)輸出啁啾微波的中心頻率。
[0042]光親合器3，為2X I光纖親合器，用于將分布布拉格反射激光器I輸出的啁啾激光與可調(diào)諧單模激光器2輸出的單模激光耦合在一根光纖中傳輸。
[0043]耦合后的激光通過光纖傳輸至光電探測器4，光電探測器4的帶寬高于輸出的啁啾微波的最大瞬時頻率，用于將耦合后的激光將雙波長激光的拍頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出啁啾微波至電纜。
[0044]任意波形發(fā)生器5，用于產(chǎn)生特定的形狀、幅度和周期的電信號，所述形狀是隨時間變化的，包括三角形、正弦波或其他形狀。任意波形發(fā)生器5控制分布布拉格反射激光器I的相區(qū)12，通過改變?nèi)我獠ㄐ伟l(fā)生器5輸出電信號的形狀，可以改變啁啾微波信號的啁啾形狀;改變?nèi)我獠ㄐ伟l(fā)生器5輸出電信號的幅度，可以改變啁啾微波信號的帶寬；改變?nèi)我獠ㄐ伟l(fā)生器5輸出電信號的周期，可以改變啁啾微波信號的周期。
[0045]實施例2:
[0046]本實施例提供了一種基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，如圖4所不，相較實施例1，區(qū)別僅在于在分布布拉格反射激光器I與光親合器3之間增設(shè)光隔離器6，以避免光耦合器3處的光反饋回分布布拉格反射激光器I造成不良影響。
[0047]本實施例中分布布拉格反射激光器I輸出的啁啾激光經(jīng)光纖傳輸至光隔離器6，再經(jīng)光纖傳輸至光耦合器3與可調(diào)諧單模激光器2輸出的單模激光耦合，耦合后的激光經(jīng)光纖傳輸至光電探測器4，光電探測器4將耦合激光的拍頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出啁啾微波至電纜。
[0048]本實施例中的光隔離器6可以集成至分布布拉格反射激光器I內(nèi)，即分布布拉格反射激光器I封裝時包含了光隔離器6。
[0049]以下是基于實施例2中的啁啾微波產(chǎn)生裝置的測試，具體如下:
[0050]圖5(a)為任意波形發(fā)生器輸出的頻率為IMHz的三角波電壓信號，當(dāng)可調(diào)諧光源輸出波長為1543.812nm時，得到如圖5 (b)所示的啁啾微波時域波形，圖5 (c)為圖5 (b)的短時傅里葉變換譜，表明所得到的啁啾微波為下降調(diào)頻的線性啁啾微波，所得啁啾微波波形的帶寬為18GHz，中心頻率為9GHz，脈沖持續(xù)時間為Iys，時間帶寬積為1.8 X 14，壓縮比為3.2XlO40
[0051]圖5(a)為任意波形發(fā)生器輸出的頻率為IMHz的三角波電壓信號，當(dāng)可調(diào)諧光源輸出波長為1543.954nm時，得到如圖5 (d)所示的啁啾微波時域波形，圖5 (e)為圖5 (d)的短時傅里葉變換譜，表明所得到的啁啾微波為上升調(diào)頻的線性啁啾微波，所得啁啾微波波形的帶寬為18GHz，中心頻率為9GHz，脈沖持續(xù)時間為Iys，時間帶寬積為1.8 X 14，壓縮比為2.4XlO40
[0052]圖6(a)為任意波形發(fā)生器輸出的頻率為IMHz的正弦波電壓信號，當(dāng)可調(diào)諧光源輸出波長為1543.812nm時，得到如圖6 (b)所示的啁啾微波時域波形，圖6 (c)為圖6 (b)的短時傅里葉變換譜，表明所得到啁啾微波的瞬時頻率隨時間正弦變化，為非線性啁啾微波，所得啁啾微波波形的帶寬為19GHz，中心頻率為9.5GHz，脈沖持續(xù)時間為Iys，時間帶寬積為1.9X104，壓縮比為 2.76X104。
[0053]需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換。
[0054]還需要說明的是，本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)值。
[0055]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而己，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0056]需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換。
【主權(quán)項】
1.一種基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，其特征在于，包括: 任意波形發(fā)生器(5)，用于提供隨時間變化的電信號； 分布布拉格反射激光器(I)，與所述波形發(fā)生器(5)電性連接，用于依據(jù)所述隨時間變化的電信號產(chǎn)生啁啾激光； 可調(diào)諧單模激光器(2)，用于產(chǎn)生可調(diào)諧單模激光； 耦合器(3)，與所述分布布拉格反射激光器(I)、所述可調(diào)諧單模激光器(2)連接，用于將所述分布布拉格反射激光器(I)發(fā)出的啁啾激光與所述可調(diào)諧單模激光器(2)發(fā)出的可調(diào)諧單模激光耦合;以及 光電探測器(4)，接收耦合后的激光，并利用該耦合后的激光生成啁啾微波。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述分布布拉格反射激光器(I)包括依次相鄰設(shè)置的增益區(qū)(U)、相區(qū)(12)、光柵區(qū)(13)； 所述增益區(qū)(11)由恒定電流源注入第一正向電流，所述相區(qū)(12)接收由任意波形發(fā)生器(5)提供的電信號，光柵區(qū)(13)懸空或由恒定電流源注入第二正向電流，所述分布布拉格反射激光器(I)在任意波形發(fā)生(5)的調(diào)制下輸出啁啾激光。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述分布布拉格反射激光器(I)還包括: 探測器區(qū)(14)，相鄰所述光柵區(qū)(13)設(shè)置，用于避免光反射回增益區(qū)(11)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，其特征在于: 所述增益區(qū)(11)和探測器區(qū)(14)采用相同帶隙波長的材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，其特征在于: 所述相區(qū)(12)和光柵區(qū)(13)采用帶隙波長相對增益區(qū)(11)和探測器區(qū)(14)藍(lán)移100?150nm的材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，其特征在于，還包括: 光隔離器(6)，設(shè)置于所述分布布拉格反射激光器(I)與所述光耦合器(3)之間，防止所述啁啾激光反饋回所述分布布拉格反射激光器(I)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，其特征在于: 所述光隔離器(6)集成至分布布拉格反射激光器(I)內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，其特征在于:所述光耦合器(3)為2 X I光纖耦合器。9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，其特征在于: 所述任意波形發(fā)生器(5)為輸出電信號的形狀、周期和/或幅值可調(diào)的波形發(fā)生器，其中: 通過調(diào)節(jié)輸出電信號的形狀實現(xiàn)啁啾微波形狀的調(diào)節(jié)； 通過調(diào)節(jié)輸出電信號的周期實現(xiàn)啁啾微波周期的調(diào)節(jié)； 通過調(diào)節(jié)輸出電信號的幅值實現(xiàn)啁啾微波帶寬的調(diào)節(jié)； 所述可調(diào)諧單模激光器(2)為輸出激光的波長可調(diào)的單模激光器，其通過調(diào)節(jié)輸出激光的波長實現(xiàn)啁啾微波中心頻率的調(diào)節(jié)。10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產(chǎn)生裝置，其特征在于:所述隨時間變化的電信號為三角波或正弦波。
【文檔編號】H01S1/02GK106067651SQ201610561580
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】郭露, 張瑞康, 陸丹, 趙玲娟, 王圩
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所