微波光子信号产生技术因其在宽带无线接入网、传感器网络、雷达、卫星通信、仪器仪表等领域的潜在应用而受到广泛关注。产生微波光子信号的技术可分为直接调制、光外差技术、外部调制、锁模半导体激光器、光电振荡器和一周期(P1)振荡[1]-[6]。采用外部光注入的半导体激光器可以表现出各种动力学状态,例如稳定锁定、P1振荡、二周期振荡、准周期振荡和混沌涨落。其中,P1动力学发生在稳定锁定被打破并且系统开始经历霍普夫分岔[7]时,其中会产生两个主频率,一个来自光注入,另一个是红移的腔频率。显然,利用P1动力学中两个主频率的拍频可以产生微波光子信号。与其他技术相比,基于 P1 振荡的微波光子信号产生具有许多优势,例如接近单边带 (SSB) 频谱、低成本、全光学元件配置以及远离其弛豫谐振频率的微波频率可广泛调谐 [8],[9]。基于 P1 振荡的微波光子信号产生主要在以下几个方面进行研究:
1 摘要 — 基于超快光电探测器中的光外差(光)混合的 THz 源非常有前景,因为它们在室温下工作,可能结构紧凑、成本高效,并且最重要的是频率可调性广。然而,它们的广泛使用目前受到 THz 频率下 µW 范围的可用功率水平的阻碍。我们在此介绍一种行波结构,其 THz 频率下的相干长度为毫米级,为大有源面积(~4000 µm 2 )光混合设备开辟了道路,该设备能够处理超过 1 W 的光泵浦功率,远远超出了使用小有源面积(<50 µm 2 )的标准集总元件设备的能力,需要保持与 THz 操作兼容的电容水平(<10 fF)。它基于氮化硅波导,该波导耦合到嵌入共面波导中的膜支撑低温生长 GaAs 光电导体。根据本研究详细阐述的该器件的光电子模型,预计毫瓦级功率可达到 1 THz,甚至高于 1 µW,最高可达 4 THz。实验中,使用两个 780 nm-DFB 激光器产生的拍音测量 1 毫米长结构的频率响应,最高可达 100 GHz,清楚地显示了预期的行波特征,即当反向行波的贡献完全消除时,衰减 6 dB,最终达到 ~50 GHz,随后达到 ~100 GHz 的恒定水平。在行波状态下进行操作的实验演示是实现该概念在功率水平和频率带宽方面的最初承诺的第一步。