利用光反馈增强光注入半导体激光器产生的调频连续波的稳定性

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调频连续波(FMCW)是一种频率随时间变化的微波信号,被广泛运用于雷达测距、三维成像及自动驾驶等领域。在实际应用中,通常要求发射端的FMCW信号具有中心频率可调谐、扫频范围大、扫频速度快以及稳定性强等特性。FMCW可通过电学和光学方法产生,传统的利用电学方法产生FMCW信号由于电子瓶颈的影响使得该方法产生的FMCW信号带宽受限且中心频率可调性差。因此近些年来,人们提出了许多光子学技术来生成FMCW信号,其中调制光注入分布式反馈半导体激光器(DFB-SL)产生FMCW信号的方法,由于其具有中心频率可调节、扫频范围大等优点引起了人们的广泛关注。但由于激光器固有噪声的影响,导致该方法产生的FMCW信号稳定性较差,因此有必要对该方法进行进一步的探究。本文首先基于L-K模型,理论研究了利用调制光注入半导体激光器产生FMCW信号,并对注入参数和调制参数对FMCW的影响进行了讨论。结果表明:注入参数和调制参数均会对FMCW的扫频范围产生影响。当注入参数固定时,在一定范围内,随着调制深度的增大FMCW的扫频范围也逐渐增大。当调制参数固定时,为获得该调制系数下的最大扫频范围,随注入强度的增加,注入光与激光器自由运行的频率失谐随之增加。在适当的注入参数和调制参数下,利用该方法能获得较大扫频范围的FMCW信号,且该信号的中心频率可大范围调节。此时FMCW的功率谱呈梳状分布,且梳间距与调制频率相等,但由于激光器固有噪声的影响导致梳线对比度R较低,需要通过一些方式来稳定产生的FMCW信号。在众多稳定方式中,光反馈由于其反馈回路中无需电器件而颇具优势。因此,接下来我们引入适当的光反馈来增强FMCW信号的稳定性,并研究反馈参数和调制参数对梳线对比度R的影响。结果表明:当反馈延迟时间固定时,R随反馈强度的增加先迅速增大,后趋于稳定。而在固定的反馈强度下,当反馈时间为1/fm(fm为调制频率)的整数倍时,R周期性地达到最大值,但随着倍数的增加R会逐渐减小。而调制参数对R的影响主要表现为:在其他参数固定的情况下,随着调制频率的增大,梳线对比度R先随之增大后趋于稳定。而随着调制系数的增加FMCW的梳线对比度会有所下降。在适当的反馈参数和调制参数下,引入光反馈后FMCW的梳线对比度达到了30dB以上。
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