專(zhuān)利名稱(chēng)：基于垂直腔面發(fā)射激光器的寬帶信號(hào)慢光可調(diào)延時(shí)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及全光分組交換網(wǎng)絡(luò)中的光緩存、光學(xué)傳感、圖像處理等技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)域，具體涉及光纖通信系統(tǒng)中寬帶信號(hào)慢光可調(diào)延時(shí)器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，人類(lèi)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(chǔ)和傳輸。傳統(tǒng)的通信技術(shù)越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足人們的這一需求，信息的全光存儲(chǔ)和傳輸逐漸成為了現(xiàn)今關(guān)注的熱點(diǎn)。目前，在光存儲(chǔ)領(lǐng)域控制光脈沖的緩存長(zhǎng)度和群速度都可以實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)。根據(jù)這兩種方式，人們逐漸探索實(shí)現(xiàn)全光存儲(chǔ)的方案。1991年，I. Chlamtac等人提出了基于光纖延遲線(xiàn)+光開(kāi)關(guān)的存儲(chǔ)方案，它利用光纖的延遲特性配合光開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)延遲時(shí)間，就構(gòu)成了 “交換延遲線(xiàn)”。這種結(jié)構(gòu)的光纖緩存器，是以光信號(hào)經(jīng)歷不同長(zhǎng)度的光纖路徑來(lái)調(diào)·節(jié)光信號(hào)的延遲時(shí)間的，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且不具備讀寫(xiě)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(duì)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(kāi)量級(jí)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(hào)的慢光延時(shí)?；谠撛?，Chang-Hasnain等人首次觀測(cè)到不同頻率的正弦信號(hào)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(hào)的調(diào)制頻率對(duì)延遲時(shí)間的影響。在對(duì)此方法的研究和時(shí)間過(guò)程中，本實(shí)用新型的申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)目前的研究集中于對(duì)正余弦等單頻信號(hào)的慢光延時(shí)方面，而對(duì)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(méi)有實(shí)質(zhì)性的研究。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于以上陳述的已有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型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(hào)在垂直腔面發(fā)射激光器激光器中產(chǎn)生延時(shí)。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種基于垂直腔面發(fā)射激光器的寬帶信號(hào)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?tīng)栒{(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(hào)經(jīng)調(diào)制后生成寬帶偽隨機(jī)二進(jìn)制序列，該信號(hào)進(jìn)入垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)后，通過(guò)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(hào)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(guò)馬赫增德?tīng)?Mach-Zehnder)調(diào)制器后，調(diào)制生成PRBS信號(hào)，隨后信號(hào)經(jīng)過(guò)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(cè)。上述技術(shù)方案可以看出，由于本實(shí)用新型實(shí)施采用垂直腔面發(fā)射激光器實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)的慢光延時(shí)，因此其基本思想是對(duì)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(jí)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(duì)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(xiàn)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(hào)慢光可調(diào)延時(shí)器具有處理高速率信號(hào)的能力，并且延時(shí)量可以通過(guò)改變VCSEL的偏置電流、信號(hào)光的功率和波長(zhǎng)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。


圖I是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2虛框內(nèi)是本發(fā)明的光可調(diào)延時(shí)器；其余為進(jìn)行延時(shí)測(cè)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(xiàn)圖。圖4是信號(hào)功率為_(kāi)27dBm時(shí)不同偏置電流下PRBS延時(shí)信號(hào)的時(shí)域波形。圖5是信號(hào)功率為-27dBm時(shí)不同偏置電流下PRBS延時(shí)信號(hào)的眼圖。圖6當(dāng)注入電流為I. 75mA時(shí)不同功率延遲信號(hào)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(hào)的眼圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。如圖I所示，本實(shí)用新型裝置由偽隨機(jī)二進(jìn)制序列發(fā)生器(PRBS源)、可調(diào)諧激光器、馬赫增德?tīng)栒{(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(hào)譜與輸入信號(hào)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(hào)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(zhǎng)為L(zhǎng)。，信號(hào)場(chǎng)互, 由頂部反射鏡入射，沿有源腔軸向ζ傳輸，經(jīng)過(guò)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(hào)場(chǎng)在VCSEL兩端面滿(mǎn)足邊界條件E+ (O) = Em y]\-R, + &χρ(- π)Ε~ (O)( I )E~(LC) = οχρ(- π)Ε+(Lc)(2)Eref = ^[Rt exp(-⑷互, + Rt E~ (O)( 3 )式中(O)和(Lc)分別對(duì)應(yīng)z = O和z = L。時(shí)正負(fù)z方向信號(hào)場(chǎng)。信號(hào)場(chǎng)Ei(Z)在腔內(nèi)傳輸過(guò)程滿(mǎn)足[0026]
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(hào)慢光可調(diào)時(shí)延器，其特征在于，從激光器輸出的光信號(hào)經(jīng)調(diào)制后生成寬帶偽隨機(jī)二進(jìn)制序列，該信號(hào)進(jìn)入垂直腔面發(fā)射激光器后，即VCSEL，通過(guò)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(hào)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(guò)馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器后，調(diào)制生成PRBS信號(hào)，隨后信號(hào)經(jīng)過(guò)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(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶信號(hào)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?tīng)栒{(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(hào)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(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬帶信號(hào)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(zhǎng)可調(diào)的信號(hào)光，變化功率和波長(zhǎng)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(hào)慢光可調(diào)時(shí)延器，其特征在于，通過(guò)對(duì)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(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于垂直腔面發(fā)射激光器的寬帶信號(hào)慢光可調(diào)時(shí)延器。本實(shí)用新型的方法包括在VCSEL工作在放大狀態(tài)時(shí)，通過(guò)改變VCSEL的偏置電流、輸入信號(hào)光功率或波長(zhǎng)，可以有效的調(diào)節(jié)寬帶PRBS信號(hào)的延時(shí)量。本實(shí)用新型技術(shù)方案能夠在保證室溫工作的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速率寬帶信號(hào)的可調(diào)慢光延時(shí)，并具有操作簡(jiǎn)單、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S5/06GK202631915SQ20112036604
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者馬雅男, 羅斌, 葉佳, 易安林 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)