基于莫尔光纤光栅的F-P LD双模自激注入锁定

２０１２年第３期　

总第１７１期　

光通信研究　

ＳＴＵＤＹ　ＯＮ　ＯＰＴＩＣＡＬ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩｏＮＳ　

２Ｏ１２．０６　

（Ｓｕｍ．ＮＯ．１７１）　

光电器件研究与应用　

基于莫尔光纤光栅的Ｆ—Ｐ　ＬＤ双模自激注入锁定　

杜慧舰　，方晓惠　，白　静　。鲍吉龙　，张

（１．太原理工大学信息工程学院，山西太原

琳　，姚凯旋　

０３００２４；　２．宁波工程学院电子与信息工程学院，浙江宁波　３１５０１６；　

３．广州大学物理与电子工程学院，广东广州　５１０００６；　４．赣南师范学院物理与电子信息学院，江西赣州　３４１０００）　

摘要：提出一种基于莫尔光纤光栅的Ｆ—Ｐ（法布里一珀罗）半导体激光器双波长自激注入锁定生成拍频信号以获得所需毫米波　

的实验方案。实验结果表明，在ｌ１．７　ａｍ波长调谐范围内可获得边模抑制比约为３０　ｄＢ的双波长输出，该双波长输出可产生　

高达１６８　ＧＨｚ的拍频信号。该高频毫米波信号生成方案的系统结构简单，成本低廉。　

关键词：莫尔光纤光栅；自激注入锁定；双波长；毫米波；边模抑制比　

中图分类号：ＴＮ２９　文献标志码：Ａ　文章编号：１００５—８７８８（２０１２）０３—００５９—０３　

Ｍｏｉｒ６ｇｒａｔｉｎｇ－ｂａｓｅｄ　ｄｕａｌ－。ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｓｅｌｆ－ｓｅｅｄｉｎｇ　ｉｎ　Ｆ＿＿Ｐ　ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅｓ　

Ｄｕ　ＨｕＵｉａｎ　，Ｆａｎｇ　Ｘｉａｏｈｕｉ。”，Ｂａｉ　Ｊｉｎｇ　，Ｂａｏ　Ｊｉｌｏｎｇ　，Ｚｈａｎｇ　Ｌｉｎ　，Ｙａｏ　Ｋａｉｘｕａｎ　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００２４，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｉｎｇｂｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｉｎｇｂｏ　３１５０１６，Ｃｈｉｎａ；　

３．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０００６，Ｃｈｉｎａ；　

４．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｇａｎｎａｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇａｎｎａｎ　３４１０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｉｒ６　ｇｒａｔｉｎｇ—ｂａｓｅｄ　ｔｗｏ—ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｓｅｌｆ－ｓｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ｄｃ　ｂｉａｓｅｄ　Ｆａｂｒｙ—Ｐｅｒｏｔ　ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｔＯ　ｏｂｔａｉｎ　ａｎ　ｅｘｐｅｒｉ—　

ｍｅｎｔａｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｂｅａｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｉｇｎａｌｓ．Ｄｕａｌ—ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｓｅｌｆ－ｓｅｅｄｉｎｇ　ｃａｎ　ｂｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　Ｓｉｄｅ　Ｍｏｄｅ　

Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｒａｔｉｏ（ＳＭＳＲ）ｃｌｏｓｅ　ｔｏ　ｏｒ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　３０　ｄＢ　ｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　１１．７ｎｍ，ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｂｅａｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｉｇ—　

ｎａｌｓ　ａｔ　ａｓ　ｈｉｇｈ　ａｓ　１　６８　ＧＨｚ．Ｔｈｉｓ　ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ—ｗａｖｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｓｉｍｐｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｃｏｓｔ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍｏｉｒ６　ｇｒａｔｉｎｇ；ｓｅｌｆ－ｓｅｅｄｉｎｇ；ｄｕａｌ—ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ；ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ；ＳＭＳＲ　

０　引　言　

随着无线多媒体业务的迅速发展，ＲＯＦ（光载　

无线通信）技术得到了广泛应用。毫米波的生成是　

ＲＯＦ系统中的一项关键技术，目前国内外提出的产　

生毫米波的方法有：直接调制［１　］、外部调制器调　

的氟化氪准分子激光器，波长为２４８　ａｍ，连续输出　

功率为１０２　ｍＪ，所用光纤为经过半个月高压载氢的　

普通掺锗光纤。采用相位掩模板来制作莫尔光纤光　

栅。基于莫尔光纤光栅的Ｆ—Ｐ半导体激光器双波　

长自激注入锁定实验装置如图１所示。　

掺铒光纤　蕈尔　

制　。　等。本文提出一种基于莫尔光纤光栅的Ｆ—Ｐ　

（法布里一珀罗）半导体激光器双波长自激注入锁定　

１　激光器　ｌ　Ａ　二＿ＪＢ　／　一＾＼　…　

生成拍频信号以获得所需毫米波的实验方案。在该　

方案中，直流驱动Ｆ—Ｐ半导体激光器，自激注入锁　

定通过一个自制的莫尔光纤光栅作为反馈元件来实　

图１　基于莫尔光纤光栅的Ｆ—Ｐ半导体激光器　

双波长自激注入锁定实验装置图　

现，该光栅的两反射波长间隔接近Ｆ—Ｐ半导体激光　

器自由光谱范围。实验在１１．７　ｎｍ波长调谐范围　

内获得ＳＭＳＲ（边模抑制比）为３０　ｄＢ左右的双波长　

输出。该双波长拍频的结果可产生高达１６８　ＧＨｚ的　

采用中心波长为１　５５０　ｎｍ的商用Ｆ—Ｐ半导体　

激光器，其阈值电流为８　ｍＡ，自由光谱范围为　

１．３１　ａｍ。实验中用１１．０７　ｍＡ的直流电流驱动Ｆ—Ｐ　

半导体激光器。Ｆ—Ｐ半导体激光器输出的多纵模连　

续光通过ＰＣ（偏振控制器），经过ＥＤＦＡ（掺铒光纤　

毫米波信号。该高频毫米波信号生成方案的系统结　

构简单，成本低廉。　

放大器）的放大，再经７０：３０耦合器分光到达莫尔　

光纤光栅，该光栅对多纵模连续激光进行选模滤波，　

１　实验描述　

制作莫尔光纤光栅的激光器采用美国相干公司　

滤出两个激光纵模后反馈回Ｆ—Ｐ半导体激光器中，　

形成双波长自激注入锁定。通过在莫尔光纤光栅上　

收稿日期：２０１１—１１－１９　

基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０７６７００２）；浙江省自然科学基金资助项目（Ｙ１１００８７６）；宁波市自然科学基金资助项目　

（２Ｏ１ＯＡ６１０１７８）　

作者简介：杜慧舰（１９８４一），男，山东威海人，硕士研究生，主要研究领域为光纤无线通信技术。　

５９　

光通信研究　

加应力，可以获得不同的反射波长，从而使Ｆ－Ｐ半　

导体激光器获得不同波长处的自激注入锁定输出。　

输出光经光耦合器一臂连接光谱分析仪（型号为　

Ａｇｉｌｅｎｔ　８６１４０Ｂ，分辨率为０．０６　ｎｍ）进行光谱观测。　

实验中通过微调ＰＣ和增大或减少ＥＤＦＡ的驱动电　

流可优化输出的双波长光脉冲的ＳＭＳＲ。　

２实验结果和讨论　

实验中所用莫尔光纤光栅的光谱特性如图２所　

示，Ｆ—Ｐ半导体激光器的自由输出光谱如图３所示，　

测量中采用ＥＤＦＡ作为宽带光源。　

吕　

∞　

褂　

骥　

３５７　

昌　

∞　

料　

般　

３５７　

波长／ｎｍ　

ｆｂ）透射谱　

图２莫尔光纤光栅的光谱特性　

波长／ｎｍ　

图３　Ｆ—Ｐ半导体激光器的自由输出光谱　

由图２（ａ）可知，两个反射峰的峰值波长分别为　

１　５２６．１ｌ７和１　５２７．３３７　ｎｍ，波长间隔为１．２２　ｎｍ，　

每个Ｂｒａｇｇ反射带的３　ｄＢ带宽分别为０．１７３和　

０．１７６　ｎｍ。由图２（ｂ）可知，透过率分别为１２和　

１４　ｄＢ。　

在自激注入锁定中，增大反馈光的光强有助于　

提高注入锁定输出激光的ＳＭＳＲ。自激注入锁定实　

验装置分别采用不加ＥＤＦＡ（将图１中Ａ点和Ｂ点　

直接相连）和加ＥＤＦＡ两种方式，以观察注入锁定　

输出激光ＳＭＳＲ的变化情况。图４所示为不加　

ＥＤＦＡ时的双波长自激注入锁定输出光谱，图５所　

示为加ＥＤＦＡ时的双波长自激注入锁定输出光谱。　

６０　

２０１２年第３期总第１７１期　

∞　

吕　

褂　

氍　

波长／ｎｍ　

（ａ）１　５２２．２６和１　５２３．５６　ｎｍ　

昌　５　

－＿５　

－

２５　

鹃一３５　

一

４５　

１　５　１　８．７６　１　５２３．７６　１　５２８．７６　１　５３３．７６　１　５３８．７６　

波长／ｎｍ　

（ｂ）１　５２４．８６和１　５２６．１６　ｎｎｌ　

吕　５　

笔一５　

姗一ｌ５　

一

２５　

魑一３５　

１　８．７６　１　５２３．７６　ｌ　５２８．７６　ｌ　５３３．７６　１　５３８．７６　

波长／ｎｍ　

（ｃ）１　５２８．７６和１　５３０．０６　ｎｍ　

口　５　

一　

一

２５　

氍－３５　

一

４５　

１　５ｌ８．’７６　ｌ　５２３．７６　ｌ　５２８．７６　ｌ　５３３．７６　ｌ　５３８．７６　

波长／ｎｍ　

（ｄ）１　５３２．６６和１　５３３．９６　ａｍ　

图４　不加ＥＤＦＡ时的双波长　

自激注入锁定输出光谱　

由图４可知，当不加ＥＤＦＡ时，双波长自激注　

入锁定分别在１　５２２．２６和１　５２３．５６　ｎｍ、１　５２４．８６　

和１　５２６．１６　ｎｍ、１　５２８．７６和１　５３０．０６　ｎｌＴｌ以及　

１　５３２．６６和１　５３３．９６　ｎｍ处实现，ＳＭＳＲ分别为１５、　

ｌ５、１７和１５　ｄＢ。由图５可知，当加入了ＥＤＦＡ以　

后，通过调节ＰＣ获得最佳注入锁定输出，对应的　

ＳＭＳＲ分别为３Ｏ、３０、３２和３２　ｄＢ。表明增大Ｆ—Ｐ　

半导体激光器的注入光强可大大改善自激注入锁定　

的输出光的ＳＭＳＲ。图６所示为双波长自激注入锁　

定的输出光的ＳＭＳＲ与波长的关系。　

从图６可知，在系统中加入ＥＤＦＡ后，增大了　

注入光强，ＳＭＳＲ提高了１５　ｄＢ，在ｌ１．７　ｎｍ的波长　

调谐范围内可以得到ＳＭＳＲ约为３０　ｄＢ的双波长　

输出。该输出信号满足了光通信的要求。　

对图５的双波长输出信号的线性叠加可产生约　

１６８　ＧＨｚ的高频拍频信号，通过高频的光电探头接　

收即可。双波长注入锁定输出产生拍频信号的频率　

取决于Ｆ—Ｐ半导体激光器的自由光谱范围，为获得　

杜慧舰等：基于莫尔光纤光栅的Ｆ－Ｐ　ＬＤ双模自激注入锁定　

吕　５　

所需的射频信号频率，只需选择有合适自由光谱范　

笔一５　围的Ｆ—Ｐ半导体激光器即可。　

－

１５　

－

２５　

想一３５　

３　结束语　

一

４５　

１　５ｌ　

８．７６　１　５２３．７６　１　５２８．７６　ｌ　５３３．７６　１　５３８．７６　

本文提出了一种利用莫尔光纤光栅对普通商用　

波长／ｎｍ　

（ａ）１　５２２．２６和１　５２３．５６　ａｍ　

Ｆ—Ｐ半导体激光器进行双波长自激注入锁定生成拍　

口　５　

频信号以获得所需毫米波的方案，利用该方案，在　

一　

１１．７　ｎｍ波长调谐范围内实验获得了ＳＭＳＲ约为　

一

２５　

懋－３５　

３０　ｄＢ的双波长输出，该双波长拍频的结果可获得　

－－

４５　

１６８　ＧＨｚ毫米波信号。该系统结构简单，成本低　

１　５　

１８．７６　１　５２３．７６　１　５２８．７６　１　５３３．７６　１　５３８．７６　

波长／ｎｍ　

廉。　

（ｂ）１　５２４．８６和１　５２６．１６　ａｍ　

吕　５　

笔一５　

参考文献：　

一

１５　

Ｅ　ｌ－Ｉ　Ｓｔｏｈｒ　Ａ，Ｋｉｔａｙａｍａ　Ｋ，Ｊａｇｅｒ　Ｄ．Ｆｕｌｌ—ｄｕｐｌｅｘ　ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ　

一

２５　

想一３５　

ＲＦ　ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｄｕａｌ—－ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｍｏｄ—－　

一

４５　

１　５２３．７６　１　５２８．７６　１　５３３．７６　１　５３８．７６　

ｕｌａｔｏｒ／ｐｈ０ｔ０ｄｅｔｅｃｔ０ｒ［Ｊ］．　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｍｉ—　

１　５１　

８．７６　

波长／ｎｍ　

ｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，１９９９，４７（７）：１３３８—　

（ｅ）１　５２８．７６和１　５３０．０６　ｎｍ　

１３４ｌ＿　

口　５　

［２］Ｋｉｔａｙａｍａ　Ｋ，Ｓｔｏｈｒ　Ａ，Ｋｕｒｉ　Ｔ，ｅｔ　ａ１．Ａｎ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔＯ　

一　

ｓｉｎｇｌｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ａｎｔｅｎｎａ　ｂａｓｅ　ｓｔａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　

一

２５　

ｂｒｏａｄ—。ｂａｎｄ　ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ－ｗａｖｅ　ｆｉｂｅｒ—－ｒａｄｉｏ　ａｃｃｅｓｓ　ｓｙｓｔｅｍｓ　

穗－３５　

［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　

Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，２０００，４８（１２）：２５８８—２５９５．　

［３］Ｍａ　Ｊｉａｎｘｉｎ，Ｙｕ　Ｊｉａｎｊｕｎ，Ｙｕ　Ｃｈｏｎｇｘｉｕ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｉｎ—　

ｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｆｉｂｅｒ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｄｅ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉ—　

ｃａｌ　ｍｍ—ｗａｖｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｂｙ　ｓｉｎｇｌｅ　ｓｉｄｅｂａｎｄ　ｉｎｔｅｎ—　

４０　

加ＥＤＦＡ　

３０　

ｓｉｔｙ－ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｏｐｔ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００７，２７１　

２０　

（２）：３９６—４０３．　

不加ＥＤＦＡ　

１Ｏ　

［４］Ｍａ　Ｊｉａｎｘｉｎ，Ｙｕ　Ｃｈｏｎｇｘｉｕ，Ｚｈｏｕ　Ｚｈｅｎ，ｅｔ　ａ１．Ｏｐｔｉｃａｌ　

Ｏ　

ｍｍ—ｗａｖｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　

ｌ　５　

２６　１　５２８　１　５３０　１　５３２　１　５３４　

波长／ｎｍ　

ｏｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ口］．Ｏｐｔｉｃｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａ—　

ｔｉｏｎｓ。２００６，２６８（１）：５１－５７．　

图６　双波长自激注入锁定的输出　

光的ＳＭＳＲ与波长的关系　

如何编写摘要？　

摘要是以提供文献内容梗概为目的，不加评论和补充解释，简明、确切地记述文献重要内容的短文。　

其要素一般包括：①目的——研究、研制、调查等的前提、目的和任务，所涉及的主要范围；②方法——所　

用的原理、理论、条件、对象、材料、工艺、结构、手段、装备、程序等；③结果——实验的、研究的结果，数　

据，被确定的关系，观察结果，得到的效果，性能等；④结论——结果的分析、研究、比较、评价、应用，提出　

的问题，今后的课题，假设，启发，建议，预测等；⑤其他——不属于研究、研制、调查的主要目的，但就其　

见识和情报价值而言也是重要的信息。　

编写摘要时不得简单地重复题名中已有的信息，要排除在本学科领域中已成常识的内容，要用第三　

人称的写法。应采用“对……进行了研究”、“报告了……现状”、“进行了……调查”等记述方法，不必使　

用“本文”、“作者”等作为主语。篇幅为２００￣３００字；英文摘要应与中文摘要相对应。　

６１