专利名称：基于垂直腔面发射激光器的宽带信号慢光可调延时器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及全光分组交换网络中的光缓存、光学传感、图像处理等技术领域领域，具体涉及光纤通信系统中宽带信号慢光可调延时器领域。
背景技术：
当今，人类的生产生活不断向着数字化、信息化的方向迈进，亟待实现准确、高速、大容量的信息存储和传输。传统的通信技术越来越无法满足人们的这一需求，信息的全光存储和传输逐渐成为了现今关注的热点。目前，在光存储领域控制光脉冲的缓存长度和群速度都可以实现信息的存储。根据这两种方式，人们逐渐探索实现全光存储的方案。1991年，I. Chlamtac等人提出了基于光纤延迟线+光开关的存储方案，它利用光纤的延迟特性配合光开关来调节延迟时间，就构成了 “交换延迟线”。这种结构的光纤缓存器，是以光信号经历不同长度的光纤路径来调·节光信号的延迟时间的，它结构复杂并且不具备读写的功能，因此理论上不是真正意义的缓存器。同年，斯坦福大学利用提出的电磁诱导透明(EIT)技术，首次在Sr原子中观察到慢光延时现象。随后Hau，Harris等人于1999年利用利用接近绝对零度的钠原子蒸汽作为介质，将光速减慢到17m/s。这些成果虽然都曾一度引起轰动，但是离实际应用相去甚远，因为将Na原子等气体原子冷却到纳开量级的温度非常困难，而且耗资巨大如果能在室温固体中实现超慢光速，其应用才显得更加现实。利用VCSEL实现慢光延时主要是基于相干布局数震荡效应，依据K-K关系，当器件工作在阈值以下作为垂直腔半导体光放大器(VCSOA)使用时，增益谱中尖锐的增益峰将导致相位正色散在该频谱范围内迅速增大，从而引起信号的慢光延时。基于该原理，Chang-Hasnain等人首次观测到不同频率的正弦信号能够在VCSELs中独立产生延迟；随后P. C. Peng等人又研究了正弦信号的调制频率对延迟时间的影响。在对此方法的研究和时间过程中，本实用新型的申请人发现目前的研究集中于对正余弦等单频信号的慢光延时方面，而对现今应用广泛的伪随机二进制序列的慢光延时还没有实质性的研究。
实用新型内容鉴于以上陈述的已有技术的不足，本实用新型旨在提供一种新的在室温条件下工作的慢光可调时延器，能够使得宽带信号在垂直腔面发射激光器激光器中产生延时。本实用新型采用的技术方案是一种基于垂直腔面发射激光器的宽带信号慢光可调时延器，包括伪随机二进制序列发生器(PRBS源)，可调谐激光器，马赫增德尔调制器，偏振控制器，可调光衰减器，光耦合器，光功率计，光环路器，量子阱垂直腔面激光器(Qff-VCSEL)和直流电源。其特征在于，从激光器输出的光信号经调制后生成宽带伪随机二进制序列，该信号进入垂直腔面发射激光器(VCSEL)后，通过合理调节VCSEL的偏置电流，使其工作在放大状态，增益谱中尖锐的增益峰将导致相位正色散在该频谱范围内迅速增大，从而引起信号的慢光延时。处理步骤包括进入VCSEL的激光束首先从可调谐激光器中发射，经过马赫增德尔(Mach-Zehnder)调制器后，调制生成PRBS信号，随后信号经过偏振控制器和光衰减器后被分为两路，一路进入QW-VCSEL，另一路进入光功率计进行功率监测。上述技术方案可以看出，由于本实用新型实施采用垂直腔面发射激光器实现宽带信号的慢光延时，因此其基本思想是对于组成激光器的介质，当光脉冲的能量不等于介质中原子能级的能量差(即远离共振)时，当器件工作在放大状态时，增益谱中尖锐的增益峰将导致相位正色散在该频谱范围内迅速增大，对应着折射率随频率的增加而单调快速的增力口，这意味着发生了 “正常色散”，如果色散曲线非常陡峭，那么在此频率附近可以有效地减慢光的群速度，起到延时效果。基于VCSEL的宽带信号慢光可调延时器具有处理高速率信号的能力，并且延时量可以通过改变VCSEL的偏置电流、信号光的功率和波长进行调节 ，且易于与其他半导体光电器件芯片集成，工作在室温条件，因此在全光缓存领域具有巨大的 应用前景。
图I是本实用新型装置的结构示意图。图2虚框内是本发明的光可调延时器；其余为进行延时测量的装置结构示意图。图3是注入电流I = 2. OmA时VCSEL光谱图。插图为VCSEL的P-I特性曲线图。图4是信号功率为_27dBm时不同偏置电流下PRBS延时信号的时域波形。图5是信号功率为-27dBm时不同偏置电流下PRBS延时信号的眼图。图6当注入电流为I. 75mA时不同功率延迟信号的时域波形。图7注入电流I = I. 75mA时不同功率PRBS延时信号的眼图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施作进一步的描述。如图I所示，本实用新型装置由伪随机二进制序列发生器(PRBS源)、可调谐激光器、马赫增德尔调制器、偏振控制器、可调光衰减器、光耦合器、光功率计、光环路器、量子阱垂直腔面激光器(QW-VCSEL)和直流电源构成。在图I中，利用VCSEL产生慢光延时，延时信号谱与输入信号谱之间的关系表示为五re/O )=五in⑷幺⑷exP(zVOw))，其中8(ω)θχΡ( Ψ (ω))是VCSEL的传递函数，其相位正色散的取值决定了信号的延迟时间，即τ (ω) =-(1Ψ(ω)/(1ω。目前计算传递函数的方法主要是利用微腔理论，将VCSEL腔体看成由高反射率反射镜夹一个有源腔构成，顶部、底部镜面反射率分别为Rt和Rb，有源腔腔长为L。，信号场互, 由顶部反射镜入射，沿有源腔轴向ζ传输，经过两侧DBR多次反射后形成驻波，最终从顶部反射镜输出，其中信号场在VCSEL两端面满足边界条件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)分别对应z = O和z = L。时正负z方向信号场。信号场Ei(Z)在腔内传输过程满足[0026]
权利要求1.一种基于垂直腔面发射激光器的宽带信号慢光可调时延器，其特征在于，从激光器输出的光信号经调制后生成宽带伪随机二进制序列，该信号进入垂直腔面发射激光器后，即VCSEL，通过合理调节VCSEL的偏置电流，使其工作在放大状态，增益谱中尖锐的增益峰将导致相位正色散在该频谱范围内迅速增大，从而引起信号的慢光延时，处理步骤包括进入VCSEL的激光束首先从可调谐激光器中发射，经过马赫增德尔调制器后，调制生成PRBS信号，随后信号经过偏振控制器和光衰减器后被分为两路，一路进入QW-VCSEL，另一路进入光功率计进行功率监测。
2.根据权利要求I所述的宽带信号慢光可调时延器，其特征是包括伪随机二进制序列发生器，可调谐激光器，马赫增德尔调制器，偏振控制器，可调光衰减器，光耦合器，光功率计，光环路器，量子阱垂直腔面激光器和直流电源。
3.根据权利要求I所述的宽带信号慢光可调时延器，其特征在于，伪随机二进制序列发生器产生频谱分量丰富的宽带信号。
4.根据权利要求I所述的宽带信号慢光可调时延器，其特征在于，可调谐激光器产生功率和波长可调的信号光，变化功率和波长产生不同的延时效果。
5.根据权利要求I所述的宽带信号慢光可调时延器，其特征在于，通过对垂直腔面发射激光器的偏置电流大小的调节，调整延时器的延时时间。
专利摘要本实用新型公开了一种基于垂直腔面发射激光器的宽带信号慢光可调时延器。本实用新型的方法包括在VCSEL工作在放大状态时，通过改变VCSEL的偏置电流、输入信号光功率或波长，可以有效的调节宽带PRBS信号的延时量。本实用新型技术方案能够在保证室温工作的基础上，实现对高速率宽带信号的可调慢光延时，并具有操作简单、易于集成等优点。
文档编号H01S5/06GK202631915SQ20112036604
公开日2012年12月26日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者马雅男, 罗斌, 叶佳, 易安林 申请人:西南交通大学