專利名稱：基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光通信以及無線通信技術領域，尤其是涉及微波光子濾波器在光載無線電(RoF)通信系統中的應用，即一種基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器。
背景技術：
近年來，隨著寬帶無線接入網、UMTS、WLAN、LMDS以及WIMAX等通信網絡的興起，為了減小覆蓋面積并同時增大通信容量，一個可能的解決技術就是RoF通信，在RoF通信中，將原本在基站對信號進行的一些處理功能集中到中央站統一處理，這樣就大大降低了基站的成本。由于微波光子濾波器具有高帶寬、低損耗以及不受電磁干擾等特點，使得微波在光域的處理技術引起了廣泛的研究興趣。微波光子濾波器的使用目的就是取代傳統微波濾波器，從而實現微波在光域的處理，這樣的好處是，可以實現與RoF光纖通信系統的天然匹配，無需再進行光電和電光轉換。除此之外，微波光子濾波器在雷達，相位陣列天線領域也有明顯的應用優勢。在對微波光子濾波器的研究中，可調諧、多抽頭帶通濾波器是研究中的一個熱點方向，為了實現可調諧的目的，就要改變延時差，也即采樣間隔，目前比較常見的方法是使用高色散光纖以及利用光纖布拉格光柵，但這兩種方式都需要使用可調諧的光源，除此之夕卜，使用多激光源或激光陣列也是常用實現方式，但也需要激光源間的波長差可變，才能實現可調諧性。對于多抽頭的實現，可調諧光源、激光陣列或寬帶切割光源是必要元件之外，通常需要相等或大于抽頭數量的延時元件，比較復雜，成本也比較高。綜上所述，實現微波光子帶通濾波器，無論是為了實現可調諧或者實現多抽頭，光源成本都將會很高。

發明內容
(一 )要解決的技術問題有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，以實現濾波器的可調諧性和可重構性。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，該可調諧微波光子濾波器包括主激光器1、第一偏振控制器3、可調光衰減器5、光環形器7、從激光器11、第二偏振控制器9、第三偏振控制器12、相位調制器16、第四偏振控制器18、光隔離器20、3dB光稱合器23、Sagnac環濾波器26、單模色散光纖27、光放大器29和光電探測器31，其中該主激光器I輸出端連接于該第一偏振控制器3的第一端2,該第一偏振控制器3的第二端4連接于該可調光衰減器5的輸入端，該可調光衰減器5的輸出端連接于該光環形器7的第一端口 6 ；該光環形器7的第二端口 8連接于該第二偏振控制器9的第一端8，該第二偏振控制器9的第二端10連接于該從激光器11 ；該光環形器7的第三端口 13連接于該第三偏振控制器12 —端，該第三偏振控制器12的另一端連接于該相位調制器16的光輸入端14,微波調制信號15對該光輸入端14輸入的光進行調制；該相位調制器16的光輸出端17通過第四偏振控制器18連接于該光隔離器20的輸入端,該光隔離器20的輸出端連接于該3dB光稱合器23的第一端口 21,該3dB光稱合器23的第三端口 24和第四端口 25均連接于該Sagnac環濾波器26 ；該3dB光耦合器23的第二端口 22連接于該單模色散光纖27的一端，該單模色散光纖27另一端連接于該光放大器29的輸入端28,該光放大器29的輸出端30連接于該光電探測器31，最終在該光電探測器31的輸出端口 32輸出濾波后的微波信號。上述方案中，所述主激光器I和所述從激光器11均為單模激光器，且從激光器11的波長大于主激光器I的波長，通過所述主激光器I注入到所述從激光器11，從而激發所述從激光器11的非線性動態特性單周期振蕩(PI)狀態來產生等間距的類似梳狀的光譜，從而實現微波光子濾波器的多抽頭。上述方案中，該可調諧微波光子濾波器通過采用該可調光衰減器5調整該主激光器I注入到該從激光器11的注入光強，實現從激光器11的非線性動態特性單周期振蕩(PD的光譜的頻率間隔可調，從而實現濾波器可調諧性。上述方案中，該可調諧微波光子濾波器通過直接選取該主激光器I和該從激光器11間的波長差，實現從激光器11的非線性動態特性單周期振蕩(PD的光譜的頻率間隔可調，從而實現濾波器的可調諧性。上述方案中，該可調諧微波光子濾波器是通過改變該主激光器I注入到該從激光器11中的光強以及該主激光器I與該從激光器11之間的波長差，從而改變非線性動態特性單周期振蕩(Pl)的光譜的功率分配，來實現濾波器的可重構性。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、本發明提供的這種基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，通過調整主激光器注入到從激光器的注入強度或兩個激光器間的波長差，實現頻率間隔可調的類似梳妝的光譜，從而實現濾波器的可調諧性，同時也可以實現濾波器的可重構性，同時此結構實現了多抽頭濾波器，抽頭的數量與注入條件有關。2、常規微波光子濾波器結構中通常采用可調激光器、多激光器或者寬帶光源的切割來提供實現抽頭的光源，因而成本較高且較為復雜，而本發明提供的這種基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，只需要兩個普通單模激光器即可實現多抽頭光源，同時可以調節注入參數來實現微波光子濾波器的連續可調諧性，因而大大降低了使用成本。3、本發明提供的這種基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，由于固定注入強度或主從激光器間的頻差中的一個注入參數就可以實現梳妝光譜間隔的改變，同時會使光譜中某些譜線功率的加強與減弱，那么，如果調節兩個參數就可實現濾波器的可重構性，省去了許多衰減器或光放大器，因而，又降低了系統的成本。3、本發明提供的這種基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，激光器的頻差應該與鑒頻濾波器的正、負系數傳輸曲線帶寬配合選擇，從而實現帶有負系數濾波器。


圖1是本發明提供的基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器的示意圖。圖2是注入后從激光器的非線性動態特性單周期振蕩效應(Pl)的光譜示意圖。圖中1.主激光器，3.偏振控制器，2、4.偏振控制器的兩個端口，5.可調光衰減器，7.光環形器，6、8、13，光環形器的三個端口，9.偏振控制器，10.偏振控制器一個端口11.從激光器，12.偏振控制器,16.相位調制器,14、15、17，分別為光輸入、調制信號輸入、光輸出端口，18.偏振控制器，20.光隔離器，23. 3dB光耦合器，21、22、24、25. 3dB光耦合器的第一、第二、三、四端口，26. Sagnac環形濾波器,27.單模色散光纖,29.光放大器,28、30.光放大器的輸入、輸出端,31.光電探測器,32光電探測器的輸出端。
具體實施例方式為使本發明的目的、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。如圖1所示，圖1是本發明提供的基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器的示意圖，該可調諧微波光子濾波器包括主激光器1、第一偏振控制器3、可調光衰減器5、光環形器7、從激光器11、第二偏振控制器9、第三偏振控制器12、相位調制器16、第四偏振控制器18、光隔離器20、3dB光耦合器23、Sagnac環濾波器26、單模色散光纖27、光放大器29和光電探測器31。其中，該主激光器I輸出端連接于該第一偏振控制器3的第一端2,該第一偏振控制器3的第二端4連接于該可調光衰減器5的輸入端，該可調光衰減器5的輸出端連接于該光環形器7的第一端口 6 ;該光環形器7的第二端口 8連接于該第二偏振控制器9的第一端8,該第二偏振控制器9的第二端10連接于該從激光器11 ;這樣，主激光器I的光就注入到從激光器11中，激發從激光器11產生了非線性動態特性P1，如圖2所示。圖2中只是給出的一個仿真光譜圖。該光環形器7的第三端口 13連接于該第三偏振控制器12 —端，該第三偏振控制器12的另一端連接于該相位調制器16的光輸入端14,微波調制信號15對該光輸入端14輸入的光進行調制；該相位調制器16的光輸出端17通過第四偏振控制器18連接于該光隔離器20的輸入端，該光隔離器20的輸出端連接于該3dB光耦合器23的第一端口 21，該3dB光耦合器23的第三端口 24和第四端口 25均連接于該Sagnac環濾波器26 ;該3dB光耦合器23的第二端口 22連接于該單模色散光纖27的一端，該單模色散光纖27另一端連接于該光放大器29的輸入端28，在該單模色散光纖27中會產生一個適當的延遲。該光放大器29的輸出端30連接于該光電探測器31，最終在該光電探測器31的輸出端口 32輸出濾波后的微波信號。該光放大器29的使用是為了對光電探測器31提供足夠的功率，這樣經過光電檢測器31后，就可以還原出在光域濾波后的微波信號了。主激光器I和從激光器11均為單模激光器，且從激光器11的波長大于主激光器I的波長，通過主激光器I激發從激光器11的非線性動態特性單周期振蕩(PI)狀態來產生等間距的梳狀光譜，從而實現微波光子濾波器的多抽頭。該可調諧微波光子濾波器通過采用該可調光衰減器5調整該主激光器I注入到該從激光器11的注入光強，實現從激光器11的非線性動態特性單周期振蕩(PD的光譜的頻率間隔可調，從而實現濾波器可調諧性。該可調諧微波光子濾波器通過直接選取該主激光器I和該從激光器11間的波長差，實現從激光器11的非線性動態特性單周期振蕩(PI)的光譜的頻率間隔可調，從而實現濾波器的可調諧性。該可調諧微波光子濾波器是通過改變該主激光器I注入到該從激光器11中的光強以及該主激光器I與該從激光器11之間的波長差，從而改變非線性動態特性單周期振蕩(PD的光譜的功率分配，來實現濾波器的可重構性。再參照圖1，主激光器I通過可調光衰減器5和光環形器7注入到從激光器11中，其中主激光器I和從激光器11均為單模DFB激光器，通過激發半導體激光器的單周期振蕩效應(Pl)狀態產生等間距的梳狀光譜，在此，可調光衰減器5的作用是改變注入到從激光器11中的光強，這樣可以改變非線性動態特性Pl光譜譜線間距，從而實現可調諧性。單周期振蕩效應(Pl)光譜示意圖如圖2所示，該光譜的注入條件為歸一化注入強度O. 065，失諧頻率+20GHz，在此條件下產生了基頻頻率為21. 67GHz的等間距光譜結構，在一定的失諧頻率下，該基頻頻率隨注入光強的增加而增大。具體實現時，需搭配Sagnac環濾波器正、負系數傳輸曲線線性區的帶寬，選擇注入參數從而使所產生的抽頭譜線在其帶寬范圍內。為了實現濾波器的可調諧性，除了上面改變注入光強外，還可以通過溫度或電流調節主激光器I和從激光器11的波長差實現，來實現改變Pi光譜基頻的目的。通過相位調制器16，將微波信號調制到光載波上，經過光隔離器20以及3dB光耦合器，調制后的光進入Sagnac環形濾波器26，為了實現負系數的帶通濾波器，同時也為將相位調制轉換為強度調制，Pl光譜譜線應該在Sagnac環形濾波器26傳輸曲線的正、負系數的線性區內。經過色散光纖27的延遲作用，其延遲時間的大小選擇依光譜譜線的相干程度而定，一般要使延遲時間遠大于相干時間。再經過光放大器29的放大，在光電探測器31檢測后，恢復出光域濾波后的微波信號。除單模色散光纖外，其它未聲明的光器件間的連接光纖都為保偏光纖，同時使用偏振控制器，這樣可以去除光偏振態因環境變化而不穩定的影響，使微波光子濾波器性能更加穩定可靠，而且在本發明中，為了使主、從激光器處于正失諧狀態，從而更易實現Pl非線性動態特性，要使主激光器的波長小于從激光器的波長。在本發明中，光隔離器20的作用是使Sagnac環形濾波器26單向輸出，從而不會影響輸入的光譜。上面實現可調諧性的同時，還可以實現光譜譜線功率的改變，從而實現可重構性。在圖2中，實現了五個抽頭的微波光子濾波器，實際實現中，可以動態選擇注入參數，實現更多抽頭，抽頭的數量與注入條件有關。在本發明中，利用Pl非線性動態特性的多譜線結構，實現多抽頭濾波器。由于改變注入強度和主、從激光器間失諧頻差不僅可以改變Pi光譜中譜線間基頻頻率，還可以改變光譜譜線的功率，從而在一定程度上實現濾波器的可重構性。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，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，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。
權利要求
1.一種基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，其特征在于，該可調諧微波光子濾波器包括主激光器(I)、第一偏振控制器(3)、可調光衰減器(5)、光環形器(7)、從激光器(11)、第二偏振控制器(9)、第三偏振控制器(12)、相位調制器(16)、第四偏振控制器(18)、光隔離器(20)、3dB光稱合器(23)、Sagnac環濾波器(26)、單模色散光纖 (27)、光放大器(29)和光電探測器(31)，其中該主激光器(I)輸出端連接于該第一偏振控制器(3)的第一端(2),該第一偏振控制器⑶的第二端⑷連接于該可調光衰減器(5)的輸入端，該可調光衰減器(5)的輸出端連接于該光環形器(7)的第一端口(6)；該光環形器(7)的第二端口(8)連接于該第二偏振控制器(9)的第一端(8)，該第二偏振控制器(9)的第二端(10)連接于該從激光器(11)；該光環形器(7)的第三端口(13)連接于該第三偏振控制器(12) —端，該第三偏振控制器(12)的另一端連接于該相位調制器(16)的光輸入端(14)，微波調制信號(15)對該光輸入端(14)輸入的光進行調制；該相位調制器(16)的光輸出端(17)通過第四偏振控制器(18)連接于該光隔離器(20)的輸入端,該光隔離器(20)的輸出端連接于該3dB光f禹合器(23)的第一端口(21),該 3dB光耦合器(23)的第三端口(24)和第四端口(25)均連接于該Sagnac環濾波器(26)；該3dB光f禹合器(23)的第二端口(22)連接于該單模色散光纖(27)的一端,該單模色散光纖(27)另一端連接于該光放大器(29)的輸入端(28),該光放大器(29)的輸出端(30) 連接于該光電探測器(31)，最終在該光電探測器(31)的輸出端口(32)輸出濾波后的微波信號。
2.根據權利要求1所述的基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，其特征在于，所述主激光器(I)和所述從激光器(11)均為單模激光器，且從激光器(11)的波長大于主激光器(I)的波長，通過所述主激光器(I)注入到所述從激光器(11)，從而激發所述從激光器(11)的非線性動態特性單周期振蕩(PI)狀態來產生等間距的類似梳狀的光譜，從而實現微波光子濾波器的多抽頭。
3.根據權利要求1所述的基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，其特征在于，該可調諧微波光子濾波器通過采用該可調光衰減器(5)調整該主激光器(I)注入到該從激光器(11)的注入光強，實現從激光器(11)的非線性動態特性單周期振蕩(PI) 的光譜的頻率間隔可調，從而實現濾波器可調諧性。
4.根據權利要求1所述的基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，其特征在于，該可調諧微波光子濾波器通過直接選取該主激光器(I)和該從激光器(11)間的波長差，實現從激光器(11)的非線性動態特性單周期振蕩(PI)的光譜的頻率間隔可調，從而實現濾波器的可調諧性。
5.根據權利要求1所述的基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，其特征在于，該可調諧微波光子濾波器是通過改變該主激光器(I)注入到該從激光器(11)中的光強以及該主激光器(I)與該從激光器(11)之間的波長差，從而改變非線性動態特性單周期振蕩(PI)的光譜的功率分配，來實現濾波器的可重構性。
全文摘要
本發明公開了一種基于光注入半導體激光器系統的可調諧微波光子濾波器，該可調諧微波光子濾波器包括主激光器、第一偏振控制器、可調光衰減器、光環形器、從激光器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、相位調制器、第四偏振控制器、光隔離器、3dB光耦合器、Sagnac環濾波器、單模色散光纖、光放大器和光電探測器。該濾波器結構利用光注入半導體激光器系統的非線性動態特性，通過激發半導體激光器的單周期振蕩效應P1，產生頻率間隔可調的類似梳妝光譜，通過調整主激光器注入到從激光器的注入強度或兩個激光器間的失諧頻率，以實現濾波窗口可調的微波光子濾波器，并可同時實現濾波器的可重構性及多抽頭結構。
文檔編號G02F1/01GK103018928SQ201210578938
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者劉雨平, 漆曉瓊, 謝亮 申請人:中國科學院半導體研究所