基于垂直腔面發(fā)射激光器的寬帶信號慢光可調(diào)延時(shí)器制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種基于垂直腔面發(fā)射激光器的寬帶信號慢光可調(diào)時(shí)延器。本實(shí)用新型專利技術(shù)的方法包括：在VCSEL工作在放大狀態(tài)時(shí)，通過改變VCSEL的偏置電流、輸入信號光功率或波長，可以有效的調(diào)節(jié)寬帶PRBS信號的延時(shí)量。本實(shí)用新型專利技術(shù)技術(shù)方案能夠在保證室溫工作的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對高速率寬帶信號的可調(diào)慢光延時(shí)，并具有操作簡單、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。（*該技術(shù)在2021年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及全光分組交換網(wǎng)絡(luò)中的光緩存、光學(xué)傳感、圖像處理等
領(lǐng)域，具體涉及光纖通信系統(tǒng)中寬帶信號慢光可調(diào)延時(shí)器領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
當(dāng)今，人類的生產(chǎn)生活不斷向著數(shù)字化、信息化的方向邁進(jìn)，亟待實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高速、大容量的信息存儲和傳輸。傳統(tǒng)的通信技術(shù)越來越無法滿足人們的這一需求，信息的全光存儲和傳輸逐漸成為了現(xiàn)今關(guān)注的熱點(diǎn)。目前，在光存儲領(lǐng)域控制光脈沖的緩存長度和群速度都可以實(shí)現(xiàn)信息的存儲。根據(jù)這兩種方式，人們逐漸探索實(shí)現(xiàn)全光存儲的方案。1991年，I. Chlamtac等人提出了基于光纖延遲線+光開關(guān)的存儲方案，它利用光纖的延遲特性配合光開關(guān)來調(diào)節(jié)延遲時(shí)間，就構(gòu)成了 “交換延遲線”。這種結(jié)構(gòu)的光纖緩存器，是以光信號經(jīng)歷不同長度的光纖路徑來調(diào)·節(jié)光信號的延遲時(shí)間的，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且不具備讀寫的功能，因此理論上不是真正意義的緩存器。同年，斯坦福大學(xué)利用提出的電磁誘導(dǎo)透明(EIT)技術(shù)，首次在Sr原子中觀察到慢光延時(shí)現(xiàn)象。隨后Hau，Harris等人于1999年利用利用接近絕對零度的鈉原子蒸汽作為介質(zhì)，將光速減慢到17m/s。這些成果雖然都曾一度引起轟動(dòng)，但是離實(shí)際應(yīng)用相去甚遠(yuǎn)，因?yàn)閷a原子等氣體原子冷卻到納開量級的溫度非常困難，而且耗資巨大如果能在室溫固體中實(shí)現(xiàn)超慢光速，其應(yīng)用才顯得更加現(xiàn)實(shí)。利用VCSEL實(shí)現(xiàn)慢光延時(shí)主要是基于相干布局?jǐn)?shù)震蕩效應(yīng)，依據(jù)K-K關(guān)系，當(dāng)器件工作在閾值以下作為垂直腔半導(dǎo)體光放大器(VCSOA)使用時(shí)，增益譜中尖銳的增益峰將導(dǎo)致相位正色散在該頻譜范圍內(nèi)迅速增大，從而引起信號的慢光延時(shí)?；谠撛?，Chang-Hasnain等人首次觀測到不同頻率的正弦信號能夠在VCSELs中獨(dú)立產(chǎn)生延遲；隨后P. C. Peng等人又研究了正弦信號的調(diào)制頻率對延遲時(shí)間的影響。在對此方法的研究和時(shí)間過程中，本技術(shù)的申請人發(fā)現(xiàn)目前的研究集中于對正余弦等單頻信號的慢光延時(shí)方面，而對現(xiàn)今應(yīng)用廣泛的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的慢光延時(shí)還沒有實(shí)質(zhì)性的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于以上陳述的已有技術(shù)的不足，本技術(shù)旨在提供一種新的在室溫條件下工作的慢光可調(diào)時(shí)延器，能夠使得寬帶信號在垂直腔面發(fā)射激光器激光器中產(chǎn)生延時(shí)。本技術(shù)采用的技術(shù)方案是一種基于垂直腔面發(fā)射激光器的寬帶信號慢光可調(diào)時(shí)延器，包括偽隨機(jī)二進(jìn)制序列發(fā)生器(PRBS源)，可調(diào)諧激光器，馬赫增德爾調(diào)制器，偏振控制器，可調(diào)光衰減器，光耦合器，光功率計(jì)，光環(huán)路器，量子阱垂直腔面激光器(Qff-VCSEL)和直流電源。其特征在于，從激光器輸出的光信號經(jīng)調(diào)制后生成寬帶偽隨機(jī)二進(jìn)制序列，該信號進(jìn)入垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)后，通過合理調(diào)節(jié)VCSEL的偏置電流，使其工作在放大狀態(tài)，增益譜中尖銳的增益峰將導(dǎo)致相位正色散在該頻譜范圍內(nèi)迅速增大，從而引起信號的慢光延時(shí)。處理步驟包括進(jìn)入VCSEL的激光束首先從可調(diào)諧激光器中發(fā)射，經(jīng)過馬赫增德爾(Mach-Zehnder)調(diào)制器后，調(diào)制生成PRBS信號，隨后信號經(jīng)過偏振控制器和光衰減器后被分為兩路，一路進(jìn)入QW-VCSEL，另一路進(jìn)入光功率計(jì)進(jìn)行功率監(jiān)測。上述技術(shù)方案可以看出，由于本技術(shù)實(shí)施采用垂直腔面發(fā)射激光器實(shí)現(xiàn)寬帶信號的慢光延時(shí)，因此其基本思想是對于組成激光器的介質(zhì)，當(dāng)光脈沖的能量不等于介質(zhì)中原子能級的能量差(即遠(yuǎn)離共振)時(shí)，當(dāng)器件工作在放大狀態(tài)時(shí)，增益譜中尖銳的增益峰將導(dǎo)致相位正色散在該頻譜范圍內(nèi)迅速增大，對應(yīng)著折射率隨頻率的增加而單調(diào)快速的增力口，這意味著發(fā)生了 “正常色散”，如果色散曲線非常陡峭，那么在此頻率附近可以有效地減慢光的群速度，起到延時(shí)效果。基于VCSEL的寬帶信號慢光可調(diào)延時(shí)器具有處理高速率信號的能力，并且延時(shí)量可以通過改變VCSEL的偏置電流、信號光的功率和波長進(jìn)行調(diào)節(jié) ，且易于與其他半導(dǎo)體光電器件芯片集成，工作在室溫條件，因此在全光緩存領(lǐng)域具有巨大的 應(yīng)用前景。附圖說明圖I是本技術(shù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2虛框內(nèi)是本專利技術(shù)的光可調(diào)延時(shí)器；其余為進(jìn)行延時(shí)測量的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是注入電流I = 2. OmA時(shí)VCSEL光譜圖。插圖為VCSEL的P-I特性曲線圖。圖4是信號功率為_27dBm時(shí)不同偏置電流下PRBS延時(shí)信號的時(shí)域波形。圖5是信號功率為-27dBm時(shí)不同偏置電流下PRBS延時(shí)信號的眼圖。圖6當(dāng)注入電流為I. 75mA時(shí)不同功率延遲信號的時(shí)域波形。圖7注入電流I = I. 75mA時(shí)不同功率PRBS延時(shí)信號的眼圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對本技術(shù)的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。如圖I所示，本技術(shù)裝置由偽隨機(jī)二進(jìn)制序列發(fā)生器(PRBS源)、可調(diào)諧激光器、馬赫增德爾調(diào)制器、偏振控制器、可調(diào)光衰減器、光耦合器、光功率計(jì)、光環(huán)路器、量子阱垂直腔面激光器(QW-VCSEL)和直流電源構(gòu)成。在圖I中，利用VCSEL產(chǎn)生慢光延時(shí)，延時(shí)信號譜與輸入信號譜之間的關(guān)系表示為五re/O )=五in⑷幺⑷exP(zVOw))，其中8(ω)θχΡ( Ψ (ω))是VCSEL的傳遞函數(shù)，其相位正色散的取值決定了信號的延遲時(shí)間，即τ (ω) =-(1Ψ(ω)/(1ω。目前計(jì)算傳遞函數(shù)的方法主要是利用微腔理論，將VCSEL腔體看成由高反射率反射鏡夾一個(gè)有源腔構(gòu)成，頂部、底部鏡面反射率分別為Rt和Rb，有源腔腔長為L。，信號場互, 由頂部反射鏡入射，沿有源腔軸向ζ傳輸，經(jīng)過兩側(cè)DBR多次反射后形成駐波，最終從頂部反射鏡輸出，其中信號場在VCSEL兩端面滿足邊界條件E+ (O) = Em y]\-R, + &χρ(- π)Ε~ (O)( I )E~(LC) = οχρ(- π)Ε+(Lc)(2)Eref = ^權(quán)利要求1.一種基于垂直腔面發(fā)射激光器的寬帶信號慢光可調(diào)時(shí)延器，其特征在于，從激光器輸出的光信號經(jīng)調(diào)制后生成寬帶偽隨機(jī)二進(jìn)制序列，該信號進(jìn)入垂直腔面發(fā)射激光器后，即VCSEL，通過合理調(diào)節(jié)VCSEL的偏置電流，使其工作在放大狀態(tài)，增益譜中尖銳的增益峰將導(dǎo)致相位正色散在該頻譜范圍內(nèi)迅速增大，從而引起信號的慢光延時(shí)，處理步驟包括進(jìn)入VCSEL的激光束首先從可調(diào)諧激光器中發(fā)射，經(jīng)過馬赫增德爾調(diào)制器后，調(diào)制生成PRBS信號，隨后信號經(jīng)過偏振控制器和光衰減器后被分為兩路，一路進(jìn)入QW-VCSEL，另一路進(jìn)入光功率計(jì)進(jìn)行功率監(jiān)測。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶信號慢光可調(diào)時(shí)延器，其特征是包括偽隨機(jī)二進(jìn)制序列發(fā)生器，可調(diào)諧激光器，馬赫增德爾調(diào)制器，偏振控制器，可調(diào)光衰減器，光耦合器，光功率計(jì)，光環(huán)路器，量子阱垂直腔面激光器和直流電源。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶信號慢光可調(diào)時(shí)延器，其特征在于，偽隨機(jī)二進(jìn)制序列發(fā)生器產(chǎn)生頻譜分量豐富的寬帶信號。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶信號慢光可調(diào)時(shí)延器，其特征在于，可調(diào)諧激光器產(chǎn)生功率和波長可調(diào)的信號光，變化功率和波長產(chǎn)生不同的延時(shí)效果。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶信號慢光可調(diào)時(shí)延器，其特征在于，通過對垂直腔面發(fā)射激光器的偏置電流大小的調(diào)節(jié)，調(diào)整延時(shí)器的延時(shí)時(shí)間。專利摘要本技術(shù)公開了一種基于垂直腔面發(fā)射激光器的寬帶信號慢光可調(diào)時(shí)延器。本技術(shù)的方法包括在VCSEL工作在放大狀態(tài)時(shí)，通過改變VCSEL的偏置電流、輸入信號光功率或波長，可以有效的調(diào)節(jié)寬帶PRBS信號的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于垂直腔面發(fā)射激光器的寬帶信號慢光可調(diào)時(shí)延器，其特征在于，從激光器輸出的光信號經(jīng)調(diào)制后生成寬帶偽隨機(jī)二進(jìn)制序列，該信號進(jìn)入垂直腔面發(fā)射激光器后，即VCSEL，通過合理調(diào)節(jié)VCSEL的偏置電流，使其工作在放大狀態(tài)，增益譜中尖銳的增益峰將導(dǎo)致相位正色散在該頻譜范圍內(nèi)迅速增大，從而引起信號的慢光延時(shí)，處理步驟包括：進(jìn)入VCSEL的激光束首先從可調(diào)諧激光器中發(fā)射，經(jīng)過馬赫增德爾調(diào)制器后，調(diào)制生成PRBS信號，隨后信號經(jīng)過偏振控制器和光衰減器后被分為兩路，一路進(jìn)入QW？VCSEL，另一路進(jìn)入光功率計(jì)進(jìn)行功率監(jiān)測。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬雅男，羅斌，葉佳，易安林，
申請(專利權(quán))人：西南交通大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國別省市：