基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產生裝置的制造方法
【專利摘要】一種基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產生裝置包括任意波形發生器，用于提供隨時間變化的電信號；分布布拉格反射激光器，與所述波形發生器電性連接，用于依據所述隨時間變化的電信號產生啁啾激光；可調諧單模激光器，用于產生可調諧單模激光；耦合器，與所述分布布拉格反射激光器、所述可調諧單模激光器連接，用于將所述分布布拉格反射激光器發出的啁啾激光與所述可調諧單模激光器發出的可調諧單模激光耦合；以及光電探測器，接收耦合后的激光，并生成啁啾微波，該啁啾微波產生裝置可以產生形狀、周期和帶寬可調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生裝置
技術領域
[0001]本發明屬于微波技術領域，特別涉及基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產生
目.0
【背景技術】
[0002]相較于傳統雷達，新型脈沖壓縮雷達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的方法產生，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。而基于光子學的方法在帶寬、調諧性能和抗電磁干擾等方面更具優勢。
[0003]基于光子學的方法主要有頻時映射法、拍頻法和基于相位調制的方法等。頻時映射的基本原理是在頻域對寬譜激光進行整形，然后經過色散介質完成頻時映射，最后經光電探測器得到啁啾微波。渥太華大學提出了多種基于頻時映射的啁啾微波產生方法(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是中心頻率調諧范圍窄、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.-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控，然而快速掃頻的原理是基于熱效應，所以調諧速度慢，啁啾微波的頻率只能調節至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的性能。

【發明內容】

[0004](一)要解決的技術問題
[0005]鑒于上述技術問題，為了克服上述現有技術的不足，本發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生裝置。
[0006](二)技術方案
[0007 ]根據本發明的一個方面，提供了一種基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產生裝置。該裝置包括任意波形發生器，用于提供隨時間變化的電信號；分布布拉格反射激光器，與所述波形發生器電性連接，用于依據所述隨時間變化的波形的電信號產生啁啾激光；可調諧單模激光器，用于產生可調諧單模激光;耦合器，與所述分布布拉格反射激光器、所述可調諧單模激光器連接，用于將所述分布布拉格反射激光器發出的啁啾激光與所述可調諧單模激光器發出的可調諧單模激光耦合；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]從上述技術方案可以看出，本發明至少具有以下有益效果之一:
[00?0] (I)米用任意波形發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光電探測器輸出啁啾微波，可以實現超高的時間帶寬積和壓縮比，同時還能實現中心頻率、啁啾形狀、帶寬和周期的靈活調諧。
[0011](2)分布布拉格反射激光器的具體結構使得在任意波形發生器控制可以輸出啁啾微波激光，利用任意波形發生器驅動分布布拉格反射激光器的相區，能實現較高的調制速率和較高的功率平坦度。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明實施例1中基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產生裝置的結構示意圖；
[0013]圖2為圖1中分布布拉格反射激光器的結構示意圖；
[0014]圖3為圖1中另一分布布拉格反射激光器的結構示意圖；
[0015]圖4為本發明實施例2中基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產生裝置的結構示意圖；
[0016]圖5(a)為實施例2中任意波形發生器輸出頻率為IMHz的三角波電壓信號圖；
[0017]圖5(b)為任意波形發生器輸出如圖5(a)所示電壓信號，可調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)為任意波形發生器輸出如圖5(a)所示電壓信號，可調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)為任意波形發生器輸出如圖6(a)所示電壓信號，可調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-可調諧單模激光器；
[0026]3光耦合器；4-光電探測器；5-任意波形發生器；6-光隔離器
[0027]11-增益區;12-相區；13-光柵區;14-探測器區。
【具體實施方式】
[0028]在對本發明進行介紹之前，首先對其設計原理進行說明。
[0029]分布布拉格反射激光器可以利用其相區的自由載流子效應來改變輸出波長，具體地，分布布拉格反射激光器相區加載正向電壓或電流，相區載流子濃度增大，自由載流子效應導致相區有效折射率減小，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電壓(或電流)成線性關系。部分非線性可以通過調整任意波形發生器的波形進行精細補償。
[0031]自由載流子效應的速度在ns量級，所以啁啾的重復頻率可以從低頻調節到GHz量級。相區對激光的吸收很小，調節相區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，因此可以通過調節單模激光波長來調節中心頻率。
[0033]本發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，本發明的各種實施例可以許多不同形式實現，而不應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明滿足適用的法律要求。
[0034]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[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生裝置，如圖1所不，該啁啾微波產生裝置包括分布布拉格反射激光器1、可調諧單模激光器2、光親合器3、光電探測器4和任意波形發生器5。
[0037]任意波形發生器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提供電信號，可以為電壓信號或電流信號，優選為電壓信號，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諧單模激光器2輸出的單模激光經光耦合器3耦合后經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換為電信號，輸出啁啾微波。
[0039]分布布拉格反射激光器I優選為半導體分布布拉格反射激光器，其具體結構如附圖2所示，分布布拉格反射激光器I包括依次相鄰設置的增益區11、相區12、光柵區13和探測器區14，激光從探測區側出射。增益區11和探測器區14采用相同帶隙波長的材料，相區12和光柵區13采用帶隙波長相對增益區和探測器區藍移100-150nm的材料，減少光在相區12和光柵區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11由恒定電流源注入第一正向電流，相區12由任意波形發生器控制，加載正向偏壓，光柵區13懸空或恒定電流源注入第二正向電流，探測器區14懸空或加載反向偏壓，在任意波形發生器5的調制下，輸出啁啾激光。
[0040]分布布拉格反射激光器I中探測器區14的作用是將透過光柵區13的光吸收，避免光反射回增益區11，影響分布布拉格反射激光器I的單模特性，本領域技術人員應當理解探測器區14并不是必須，在對出射激光要求不高、為了節省成本的情形下采用如圖3所示的沒有探測器區14的分布布拉格反射激光器I也可以實現本發明。
[0041 ]可調諧單模激光器2，為可調諧激光光源，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，通過調節單模激光波長來調節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換為電信號，輸出啁啾微波至電纜。
[0044]任意波形發生器5，用于產生特定的形狀、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。任意波形發生器5控制分布布拉格反射激光器I的相區12，通過改變任意波形發生器5輸出電信號的形狀，可以改變啁啾微波信號的啁啾形狀;改變任意波形發生器5輸出電信號的幅度，可以改變啁啾微波信號的帶寬；改變任意波形發生器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生裝置，如圖4所不，相較實施例1，區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輸出的啁啾激光經光纖傳輸至光隔離器6，再經光纖傳輸至光耦合器3與可調諧單模激光器2輸出的單模激光耦合，耦合后的激光經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，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中的啁啾微波產生裝置的測試，具體如下:
[0050]圖5(a)為任意波形發生器輸出的頻率為IMHz的三角波電壓信號，當可調諧光源輸出波長為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)為任意波形發生器輸出的頻率為IMHz的三角波電壓信號，當可調諧光源輸出波長為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)為任意波形發生器輸出的頻率為IMHz的正弦波電壓信號，當可調諧光源輸出波長為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方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，并未進行詳細說明。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構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進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的示范，但這些參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應值。
[0055]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而己，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
[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方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，并未進行詳細說明。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構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換。
【主權項】
1.一種基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于，包括: 任意波形發生器(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)，與所述波形發生器(5)電性連接，用于依據所述隨時間變化的電信號產生啁啾激光； 可調諧單模激光器(2)，用于產生可調諧單模激光； 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)發出的啁啾激光與所述可調諧單模激光器(2)發出的可調諧單模激光耦合;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.根據權利要求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)包括依次相鄰設置的增益區(U)、相區(12)、光柵區(13)； 所述增益區(11)由恒定電流源注入第一正向電流，所述相區(12)接收由任意波形發生器(5)提供的電信號，光柵區(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)在任意波形發生(5)的調制下輸出啁啾激光。3.根據權利要求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(14)，相鄰所述光柵區(13)設置，用于避免光反射回增益區(11)。4.根據權利要求3所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于: 所述增益區(11)和探測器區(14)采用相同帶隙波長的材料。5.根據權利要求4所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于: 所述相區(12)和光柵區(13)采用帶隙波長相對增益區(11)和探測器區(14)藍移100?150nm的材料。6.根據權利要求1所述的基于分布布拉格反射激光器的啁啾微波產生裝置，其特征在于，還包括: 光隔離器(6)，設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.根據權利要求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。8.根據權利要求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.根據權利要求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生裝置，其特征在于: 所述任意波形發生器(5)為輸出電信號的形狀、周期和/或幅值可調的波形發生器，其中: 通過調節輸出電信號的形狀實現啁啾微波形狀的調節； 通過調節輸出電信號的周期實現啁啾微波周期的調節； 通過調節輸出電信號的幅值實現啁啾微波帶寬的調節； 所述可調諧單模激光器(2)為輸出激光的波長可調的單模激光器，其通過調節輸出激光的波長實現啁啾微波中心頻率的調節。10.根據權利要求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
【發明人】郭露, 張瑞康, 陸丹, 趙玲娟, 王圩
【申請人】中國科學院半導體研究所