基于注入锁定量子点锁模激光器的多微波本振源产生装置

摘要

一种基于注入锁定量子点锁模激光器的多微波本振源产生装置，包括：一窄线宽激光器，一光分束器，其输入端口1与窄线宽激光器的输出端连接；一第一光隔离器，其输入端与光分束器的输出端口2连接；一第二光隔离器，其输入端与光分束器的输出端口3连接；一第一量子点锁模激光器，其输入端与第一光隔离器的输出端连接；一第二量子点锁模激光器，其输入端与第一光隔离器的输出端连接；一合束器，其输入端口1与第一量子点锁模激光器的输出端连接；一波分复用器，其输入端与合束器的输出端连接；一高速探测器阵列，其输入端与波分复用器的输出端连接，用于将所述的不同信道的合波光信号进行光电转换，实现不同频率的电信号微波信号输出。

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种基于微波光子的多微 波本振源产生装置。

背景技术

当前，宽带卫星通信与光纤通信、无线通信并列为三大通信技术，对 国民经济和国家信息安全起重要的支撑作用。在用户巨大的通信容量需求 的牵引下，卫星通信需要多载波变频，因此需要多微波本振源。此外，在 网电空间频谱侦测的信道化接收机中，也需要高性能多本振源。

在我国，卫星通信系统是我国三大通信支柱产业之一，目前以中国卫 通引领，在轨服务的卫星有11颗，后续卫星多颗将投入运营。当前，卫 星通信向多频段、宽带化方向发展。而传统的卫星通信转发系统面临严峻 挑战包括以下三方面：

1.带宽问题

由于广播电视、数据传输、数字宽带多媒体、移动互联网等大数据业 务需求，特别是军事需求，亟需提高载波频率，增大带宽，提高通信容量。

2.载荷重量与功耗问题

由于未来通信卫星需要兼容S、C、X、Ku、K、Ka多个频段，因此转 发器结构复杂，增加了系统重量和功耗。

3.电磁干扰问题

大量电子元器件的使用，增大了系统间电磁干扰和信号串扰。

基于上述需求，产生稳定的宽带光学频率梳是当前的一大研究难题。 目前主要的光学频率梳产生方案主要局限于级联调制器产生、基于重复频 移方法、以及硅基微环结构产生等。但是上述方案中都或多或少的存在稳 定性问题，级联调制器方案中必然需要多个微波源的加入，以及调制器的 偏置点的漂移问题；基于重复频移的方案主要是基于声光调制器产生，一 般在MHz量级，很难满足通信波段需求；而基于硅基微环结构的方案目前 还处在实验室阶段，难以满足当前实际需求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于注入锁定量子点锁模激光器的多微 波本振源产生装置，其是基于量子点锁模激光器技术产生稳定多本振源的 装置，克服了传统电子学方法在带宽、重量、体积、电磁兼容等方面的难 题。

本发明公开的一种基于注入锁定量子点锁模激光器的多微波本振源 产生装置，包括：

一窄线宽激光器，其用于提供相干种子光源；

一光分束器，其输入端口1与窄线宽激光器的输出端连接，用于将所 述种子光源分成两路；

一第一光隔离器，其输入端与光分束器的输出端口2连接，用于将分 束器的光输出；

一第二光隔离器，其输入端与光分束器的输出端口3连接，用于将分 束器的光输出；

一第一量子点锁模激光器，其输入端与第一光隔离器的输出端连接， 用于提供第一宽带光学频率梳；

一第二量子点锁模激光器，其输入端与第一光隔离器的输出端连接， 用于提供第二宽带光学频率梳；

一合束器，其输入端口1与第一量子点锁模激光器的输出端连接，用 于将所述第一、第二宽带光学频率梳输出的光谱进行合波输出；

一波分复用器，其输入端与合束器的输出端连接，用于将所述合波光 进行分频段输出，频率相近的光信号进行同信道输出；

一高速探测器阵列，其输入端与波分复用器的输出端连接，其用于将 所述的不同信道的合波光信号进行光电转换，实现不同频率的电信号微波 信号输出。

本发明的有益效果是，其主要利用窄线宽激光器作为主激光源，分别 注入锁定基于第一量子点锁模激光器的宽带光学频率梳与基于第二量子 点锁模激光器的宽带光学频率梳，通过基于第一量子点锁模激光器的宽带 光学频率梳与基于第二量子点锁模激光器的宽带光学频率梳重复频率间 隔的微小差别，并且利用波分复用器的分信道输出效应，在不同的信道中 得到来自基于第一量子点锁模激光器的宽带光学频率梳与基于第二量子 点锁模激光器的宽带光学频率梳的两个梳齿，经过光电探测器进行光电探 测，得到不同频率的微波电信号。实现支持S，C，X，Ku，K，Ka多频段 多路射频信号批量变频与灵活交换的新型卫星通信转发系统。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1是本发明中基于量子点锁模激光器产生多本振源装置图；

图2是本发明中间隔不同宽带光学频率梳产生多本振源的示意图；

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种基于注入锁定量子点锁模激光器的 多微波本振源产生装置，包括：

一窄线宽激光器1，其用于提供相干种子光源，该窄线宽激光器1是 为可调谐波长形式的半导体激光器或者光纤激光器，即其光输出波长与第 一、第二量子点锁模激光器5、6(后叙)其中的一频率对准；

一光分束器2，其输入端口1与窄线宽激光器1的输出端连接，用于 将所述种子光源分成两路，该光分束器2可以是空间结构光分束器，也可 以是光纤结构分束器或者是波导结构的光分束器；

一第一光隔离器3，其输入端与光分束器2的输出端口2连接，用于 将分束器2的光输出；

一第二光隔离器4，其输入端与光分束器2的输出端口3连接，用于 将分束器2的光输出；

一第一量子点锁模激光器5，其输入端与第一光隔离器3的输出端连 接，用于提供第一宽带光学频率梳；

一第二量子点锁模激光器6，其输入端与第一光隔离器4的输出端连 接，用于提供第二宽带光学频率梳；

其中所述第一、第二光隔离器3、4的目的主要是实现窄线宽激光器1 单向注入量子点锁模激光器5、6，实现量子点锁模激光器5、6的注入锁 定；其中第一、第二量子点锁模激光器5、6为两端出光模式，即腔两端 面均镀有高透射膜。该第一量子点锁模激光器5和第二量子点锁模激光器 6的重复频率不同。其中窄线宽激光器1输出的光频率经过第一、第二光 隔离器3、4分别注入锁定第一、第二量子点锁模激光器5、6的相同频率； 由于第一、第二量子点锁模激光器5、6的腔长决定了其输出光谱的频率 间隔大小，从而设计第一、第二量子点锁模激光器5、6腔长的微小差异 导致频谱上两宽带光学频率梳的梳齿间隔存在一定频偏量f₀，在频谱上找 到两者光频率一致的梳齿f_s，将窄线宽激光器1的输出光频率调谐到该频 率位置f_s，经过窄线宽激光器1分别注入锁定第一、第二量子点锁模激光 器5、6，从而得到稳定度高的两宽带光学频率梳。

一合束器7，其两输入端口与分别与第一、第二量子点锁模激光器5、 6的输出端连接，用于将所述第一、第二量子点锁模激光器5、6输出的光 谱进行合波输出；该合束器7可以是空间结构光合束器，也可以是光纤结 构合束器或者是波导结构的光合束器。

一波分复用器8，其输入端与合束器7的输出端连接，用于将所述合 波光进行分频段输出，频率相近的光信号进行同信道输出，该波分复用器 8包括多个频率不同的输出通道，且每个输出通道输出合波光中相应频率 间隔的光；该波分复用器8按照接收光信号的频率间隔不同在不同的信道 输出端输出，该波分复用器用于对光路按照频率间隔重新整理输出；其中， 频率间隔是由两个量子点锁模激光器5、6的梳齿频率间隔大小来决定， 该波分复用器8可以是基于阵列波导光栅结构的，也可以是基于光纤光栅 结构的，或者是基于F-P滤波器结构的。

其中两个梳齿频率间隔不同的第一量子点锁模激光器5和第二量子点 锁模激光器6经过光合束器7耦合输入光波分复用器8，通过不同光学频 率梳不同梳齿进行差频拍频，产生满足光梳齿频率差的多个微波频率，f₀， f₀+(f₁-f₂)，f₀+2(f₁-f₂)，f₀+3(f₁-f₂)，……，f₀+n(f₁-f₂)，实现支 持S，C，X，Ku，K，Ka多频段多路射频信号批量变频与灵活交换的新型卫星通 信转发系统。

一高速探测器阵列9，其输入端与波分复用器8的输出端连接，其用 于将所述的不同信道的合波光信号进行光电转换，实现不同频率的电信号 微波信号输出；该光电探测器阵列9中的每个光电探测器与波分复用器8 中的不同通道相连接，用于检测不同频率的调制光信号。该光电探测器阵 列9对接收到的光信号进行光电转换，不同探测器输出的电信号范围不同， 以产生多频段微波信号，该光电探测器阵列9可以是磷化铟材料的也可以 是硅基材料的，带宽越宽越好。

图2给出了本发明中基于量子点锁模激光器5、6产生光学频率梳和 通过梳齿间隔不同的两个光频梳进入光电探测器拍频产生多微波本振源 的示意图。如图2所示，基于量子点锁模激光器5、6产生光学频率梳， 通过窄线宽激光1进行注入锁定相同光频率的两宽带光学频率梳，产生两 个相对稳定的光学频率梳。利用两个频率间隔不同的光学频率梳不同梳齿 进行差频拍频，产生多频段微波信号，从而实现多频段多路射频信号转发， 能够很好地满足新型卫星通信系统的需求，并能够很好的应用在密集波分 复用系统中。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。