[发明专利]一种产生宽带微波频率梳的装置及方法

说明书

本发明公开一种产生宽带微波频率梳的装置及方法，涉及光学技术领域，信号源输出调制频率和调制功率均可调的调制信号，直接调制第一半导体激光器DFB‑SL1的工作电流，输出规则脉冲信号作为种子频率梳，规则脉冲信号通过光脉冲注入系统及光环形器单向注入第二半导体激光器DFB‑SL2，利用光注入引起的频谱扩展效应，第二半导体激光器DFB‑SL2输出功率均衡、梳线纯净、频率稳定的宽带微波频率梳信号。由于种子频率梳的梳距能够简单地通过改变调制信号的频率而进行连续调节，因此基于光脉冲注入的第二半导体激光器DFB‑SL2输出微波频率梳的梳距也能够大范围连续调节。适用于雷达测距、宽带无线通信、卫星通信、军事侦察等领域。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种微波频率梳的产生技术。

背景技术

微波频率梳由一系列频率间隔相等的梳状微波信号组成，它可以在一个频段内同时提供几十个不同频率的微波信号，因而在雷达测距、宽带无线通信、卫星通信、军事侦察等领域具有广泛的应用。

目前，微波频率梳的产生方法主要包括电学和光学两种。传统的电学方法受所用电子器件的带宽限制，仅能产生带宽为十几GHz的微波频率梳，且通过电学方法产生的微波频率梳存在梳距不能灵活调节、梳线功率极不均衡等缺陷。

在利用光学方法产生微波频率梳方面，其中一种方式是将光学频率梳经光电探测器转换为微波频率梳。然而，受这种获取方式的物理机制影响，基于光学频率梳获取微波频率梳的系统比较复杂，成本高昂，且通过该方法产生的微波频率梳的梳线功率不均衡、梳距较大(数GHz以上)且难以调节。除了上述微波频率梳的产生方法外，人们还提出了利用半导体激光器的非线性特性来产生微波频率梳。如名称为“一种高质量微波频率梳的光学产生方法”(公开号CN 106159640 A)的中国发明专利，公开了基于半导体激光器的声光频移光学回路产生高质量微波频率梳；名称为“一种基于光电反馈VCSEL的双路微波频率梳”(CN105006727 A)的中国发明专利，公开了基于光电反馈半导体激光器产生双路微波频率梳，名称为“全光宽带微波频率梳发生器”(CN 104577648 A)的中国发明专利，公开了基于非相干光反馈半导体激光器产生宽带微波频率梳，名称为“一种微波频率梳生成方法、装置”(CN106816802 A)的中国发明专利，公开了基于光注入及光电反馈半导体激光器产生梳齿间距高精细的微波频率梳。上述微波频率梳生成技术均采用了光反馈回路或光电反馈回路，由于微波频率梳的性能及梳距与反馈回路的长度有密切关系，且受系统结构限制，反馈回路的长度往往有限且很难灵活调节，这导致基于反馈回路的微波频率梳的产生方案很难获得梳距在较大范围内连续可调的微波频率梳。比如CN 106159640 A公开的一种高质量微波频率梳的光学产生方法，其梳距就只能在几十MHz～1GHz范围内调节。另外，上述采用反馈回路获取的微波频率梳的纯净度不高，梳线的线宽较大，一般在几kHz乃至几百kHz量级，且微波频率梳的相位噪声较高，这对一些高精度、高精准的雷达探测和军事侦察是极大的限制。名称为“基于半导体激光器的可调谐超宽带微波频率梳的产生方法”(公开号CN 106981814A)，可以在1.1GHz～1.2GHz和3.3GHz～8.0GHz两个非连续可调的梳距范围内获得带宽高达59GHz(在±5dB幅度平坦度内)、相噪低于-86dBc/Hz@10kHz的纯净微波频率梳。但是，通过该方法产生的微波频率梳的低频梳线功率明显高于其他高频梳线功率，如果从常规的角度(即一般从低频梳线到高频梳线范围)考虑整个微波频率梳的平坦度，该微波频率梳的功率极不均衡。因此CN 106981814 A是在排除了0GHz至8GHz低频梳线，且在两个非连续可调的梳距范围内才能获得59GHz带宽(在±5dB幅度平坦度内)的微波频率梳。

对于很多实际应用，人们对梳距连续可调、梳线从低频到高频均十分平坦的宽带、纯净微波频率梳极其渴望。因此，为了克服上述微波频率梳产生方案的弊端，获得功率均衡、梳线纯净、频率稳定、梳距大范围连续可调的宽带微波频率梳，需要进行更加深入的技术探索。

发明内容