CN112654915B - 使用单片集成多量子阱激光器和相位调制器的光电振荡器 - Google Patents

使用单片集成多量子阱激光器和相位调制器的光电振荡器 Download PDF

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Abstract

可调谐多模激光器(100)被配置为产生处于经调谐的波长处的多模光信号(160)。激光器(100)包括半导体光增益区域(110)、反馈区域(130)以及在增益区域和反馈区域之间的相位调制区域(120)。每个区域都可以是单片集成的。反馈回路耦接到可调谐激光器(100)以接收光信号(160)并且反馈回路包括至少一个延迟线(450)。延迟线(450)也可以是单片集成的。延迟线(450)的输出被反馈给可调谐多模激光器(100)，以便为多模可调谐激光器(100)提供自注入锁定和自锁相环中的至少一个。激光器的光增益区域(110)和相位调制区域(120)中的每一个都被延迟线(450)的输出偏置，以便降低光信号(160)的相位漂移。

Description

使用单片集成多量子阱激光器和相位调制器的光电振荡器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年7月25日提交的美国临时专利申请No.62/702，970的权益，该申请的公开内容通过引用并入本文。
技术领域
背景技术
光电振荡器(OEO)接收来自光源(如激光器)的泵浦连续能量以及接收来自电源的呈直流(DC)功率形式的能量。通过使用窄带滤波机制在振荡频率下满足所需的增益和相位特性，基于有效功率转换将能量转换成射频(RF)和微波信号。这种OEO通常经历低损耗光学延迟、低温灵敏度，并且可以在模块化结构中实现。与纯粹的电子振荡器相比，这些益处通常导致在短期和长期两者中的高品质因数以及更大的稳定性。
光电振荡器通常利用光调制器(例如，电光马赫-曾德尔光强度调制器)将来自激光器的连续波光能转换成光谱纯电信号(例如，RF微波信号)处的经调制的稳定光信号。调制信号通过一段光纤电缆传输，然后馈送到RF源，RF源又用于控制光调制器。
用于在任何振荡器中维持纯正弦振荡信号的一个因数是对来自周围干扰源的维持信号的有源滤波，这些干扰源有助于接近载波相位噪声。相位噪声降低可以以各种方式完成，其中一些在共同拥有的美国专利No.9,088,369(’369专利)中描述，该专利的公开内容通过引用将其全部内容并入本文。在’369专利中，与定制光接收器组合的多段光纤电缆用于在低噪声稳定RF振荡器的闭环部分中提供用于自注入锁定(自IL)、自锁相环(自PLL)和/或自锁模(自ML)功能的多个电参考。’369专利中描述的配置支持自持振荡，条件是馈送到调制器的电反馈信号在其振幅和相位方面满足某些振荡条件，同时在自IL布置和自PLL布置以及组合自ILPLL布置中使用校正电反馈***向可调谐RF振荡器提供对任何相位误差的校正。在使用电误差信号的自ML布置的情况下，也可以向光学激光源提供校正反馈。
自注入锁定可以用于通过强制振荡来降低远离OEO中的载波相位噪声。在常规IL振荡器布置中，稳定的主振荡器(即，光电振荡器)将不太稳定的从振荡器(即，压控RF振荡器)拉到主振荡器的(包括基频的)谐波频率，谐波频率处于被称为频率锁定范围的失谐频率的范围内。将从振荡器的频率拉到主振荡器的频率降低了在频率锁定范围内的从振荡器的频率变化，从而也降低了在频率锁定范围内的从振荡器的相位噪声。光学延迟线特性-就有效调制和低电子噪声而言-使得自IL过程比常规IL布置更有效，并且使得接近载波相位噪声的降低更加显著。
可以使用自锁相环以使用具有不同光纤延迟元件的单个或甚至多个锁相环(PLL)来降低OEO中的相位噪声。在常规PLL振荡器布置中，使用相位比较器将具有各种时间延迟的参考信号(即，来自OEO的具有各种光纤延迟长度的主信号)的相位与RF振荡器信号的瞬时相位进行比较。每个参考信号和RF振荡器的相位之间的差用于产生相位误差输出，相位误差输出用作可变信号以校正从振荡器的相位和/或频率中的接近载波相位偏差。PLL布置的闭环***的有效和低噪声放大为延迟的参考信号提供相干锁定和跟踪。因此，PLL机制将导致接近载波相位噪声的进一步改进。
在共同拥有的美国专利No.9,094,133(’133专利)中公开了一种单片集成的自注入锁定自锁相环(自IL-PLL)OEO，该专利的公开内容通过引用将其全部内容并入本文。’133专利公开了一种用于与其他模块化设计的ILPLL OEO(诸如在共同拥有中描述的OEO)相比以相对小的尺寸建立集成的IL PLL OEO的设计拓扑结构。由于混合硅激光器制造的进步，’133专利的集成技术与低成本硅制造技术兼容。
本领域中目前已知的RF振荡器可以在10kHz偏移下实现最多约-110至约-120dBC/Hz的相位噪声降低。虽然使用自IL和自PLL在相位噪声降低方面的进步在提高RF振荡器的频率稳定性方面是有效的，但是以组合方式使用自IL布置和自PLL布置具有更大的跟踪范围和更短的引入时间的效果。自ILPLL布置提供足够稳定的信号以满足当前和未来应用中的一些振荡器技术。但是蜂窝***(例如，宽带MIMO、UWB、5G LTE、IEEE802.11AD等)依赖于将日益增加的数据量拟合到随时间变得更加拥挤的有限带宽中。操作要求越来越小的波长(更高的频率)，并且开始甚至接近毫米波频率。
为了将数据拟合到有限的带宽中，传输数据的频率必须尽可能地保持稳定的固定带宽。另外，当振荡器中包括的谐振器的品质因数例如由于毫米波频率处的限制而降低(例如，减小到Q＜1015)时，频率稳定性的重要性甚至更大。在一些应用中，诸如精确空间对接、碰撞警告和深空间通信，即使是振荡器的频率和相位中的小的不想要的偏移也可能是有问题的并且必须保持为最小。使用当前已知的自ILPLL OEO技术的用于相位噪声降低的已知技术和布置可能无法实现足够稳定的信号，并且因此可能无法产生商业上可行的产品。将需要在设计效率和噪声降低方面的显著创新来适应小尺寸和低成本的微电子制造工艺，从而以较低的集成尺寸和成本满足对品质服务的不断增长的需求。
因此，需要一种具有设计拓扑结构的光电振荡器，这些设计拓扑结构以小尺寸和低成本满足稳定的超低相位噪声频率合成器的要求。
发明内容
本公开提供了一种用于光学地迫使振荡频率维持稳定的RF信号的单片集成的OEO。像现有设计一样，OEO包括自IL部件和自PLL部件中的至少一个或两个。
单片集成的OEO的一个方面是，使用单片集成的多量子阱(MQW)结构引入增益介质。MQW结构可包括半导体光放大器(SOA)增益部分和用作光学滤波器的反馈发生器部分中的每一个，以便产生具有模间振荡的多模激光器。激光器输出的模间间隔频率导致微波或毫米波RF频率的产生。然后，OEO的自IL部件和自PLL部件可以用于通过强制振荡技术来稳定所产生的RF频率。已经诸如通过提供可调谐N推振荡器配置以及动态地补偿每个振荡器之间的相位误差，在其他设置中证明了用于大量多模振荡的降低相位噪声的概念，但降低相位噪声的概念尚未应用于光电环境(诸如以稳定由MQW激光器结构产生的模间振荡频率)。
单片集成的OEO的另一个方面是，引入与MQW激光器增益部分和反馈部分单片集成的光相位调制器形貌。虽然使用光波导中的折射率变化来实现相位调制的一般概念已经知道了一段时间，但是相位调制器与增益部分和反馈部分的集成使得能够在闭环OEO***中实现改进的频率调谐。具体地，可以通过调节光波导的折射率来调谐由于模间振荡而产生的RF振荡频率。
单片集成的OEO的又另一个方面是，使用单片兼容技术引入延迟部件。为了产生降低自IL或自PLL OEO中的相位噪声所必需的延迟，通常提供显著长度(例如，3.5km)的光纤电缆。在本申请中，在OEO回路的光学部分中的延迟部件可以使用具有高能量存储延迟的谐振器来实现。在一些谐振器中，可通过调节谐振器的品质因数来调节延迟量。
本公开的另一个方面还提供了一种器件，该器件包括：可调谐多模激光器和反馈回路，该可调谐多模激光器被配置为产生处于经调谐的波长的多模光信号；该反馈回路耦接到该可调谐激光器以接收该光信号并且该反馈回路包括至少一个延迟线。延迟线的输出可以被反馈到可调谐多模激光器，以便为多模可调谐激光器提供自注入锁定和自锁相环中的至少一个。多模可调谐激光器还可包括：在多模可调谐激光器的第一端处的半导体光增益区域，在多模可调谐激光器的第二端处的反馈区域，以及在半导体光增益区域和反馈区域之间的相位调制区域；反馈区域包括反馈镜，反馈镜被配置为维持由模间间隔频率隔开的多个波长处的光信号，相位调制区域被配置为控制通过相位调制区域传输的光信号的相位。反馈到激光器中的延迟线的输出可以被配置为对光增益区域和相位调制区域中的每一个进行偏置，以便降低光信号的相位漂移。
在一些示例中，多模可调谐激光器可由PIN结构形成，该PIN结构具有p型半导体区域、n型半导体区域以及p型半导体区域与n型半导体区域之间的有源层。半导体光增益区域可以包括沿着有源层形成的多量子阱结构。PIN结构可以由磷化铟形成。多量子阱结构可以由铟镓砷磷化物合金或铟铝砷化物合金中的一种形成。
在一些示例中，模间间隔频率可以为约40GHz。
在一些示例中，反馈区域的反馈镜可以是分布式布拉格反射器或法布里-珀罗谐振器中的一个。
在一些示例中，相位调制区域可以包括相位调制器，该相位调制器在6-7伏特之间的施加电压下具有约15度/(V*mm)的灵敏度。
在一些示例中，反馈回路可以是自注入锁定部件、自锁相环部件或组合式自注入锁定自锁相环部件中的一个，反馈回路包括延迟线。
自注入锁定部件可以包括：半导体光放大器和光组合器，该半导体光放大器被配置为放大延迟线的输出；光组合器被配置为接收激光器产生的光信号和延迟线的输出中的每一个，并将延迟线输出的输出反馈到激光器中。在一些示例中，激光器可包括用于控制光增益区域处的增益的第一电流源和用于控制相位调制区域处的相位调制的第二电流源。第一电流源和第二电流源中的每一个可彼此电隔离。光组合器可被配置为将延迟线的输出馈送到第一电流源和第二电流源中的每一个中。
在一些示例中，半导体光放大器可以具有约2dB的增益，并且反馈回路可以被配置为在1小时的持续时间内将光信号的频率漂移从大于11GHz降低到小于8GHz。在其他示例中，半导体光放大器可具有约5dB的增益，且反馈回路可被配置为在1小时的持续时间内将光信号的频率漂移从大于11GHz降低到小于6GHz。
自锁相环部件可以包括：第一光电转换器、第一电线、第二光电转换器、第二电线和相位混频器；该第一光电转换器被配置为接收来自激光器的光信号的无延迟版本并且将接收到的信号从光域转换到电域；该第一电线被配置为接收来自第一光电转换器的经转换的无延迟信号；该第二光电转换器被配置为接收来自延迟线的光信号的延迟版本，并且将接收到的信号从光域转换到电域；该第二电线被配置为接收来自第二光电转换器的经转换的延迟信号；该相位混频器耦接到第一电线和第二电线中的每一个，且该相位混频器被配置为将无延迟的经转换的信号和延迟的经转换的信号组合成组合信号。器件还可被配置为使得组合信号可被反馈到激光器中。
在一些示例中，该器件还可包括放大器，该放大器耦接到混频器的输出且被配置为放大组合信号。该器件可被配置为使得放大的组合信号被反馈到激光器中。第一电线和第二电线中的每一个可包括分别对无延迟的经转换的信号和延迟的经转换的信号进行滤波的窄带滤波器。每个窄带滤波器都可以以基于模间间隔频率选择的相同频率为中心。
在一些示例中，该器件还可包括耦接到激光器的输出的光耦合器。光耦合器被配置为对激光器产生的光信号进行拆分，借此仅将由激光器产生的光信号的一部分提供给延迟线。
在一些示例中，激光器部件的任何组合或所有可以是单片集成的。另外，激光器部件和反馈回路部件中的任何一个或组合可以是单片集成的。例如，激光器和延迟线可以是单片集成的。延迟线可以包括延迟元件，诸如环状微谐振器或环形微谐振器。环状微谐振器可以具有约60微米的半径。环形微谐振器可以具有约10微米的直径。在一些情况下，对于在约1550nm的波长处操作的激光器，延迟元件可以具有1011量级的品质因数。在一些情况下，延迟元件可以产生约250μs的延迟。最后，在一些情况下，延迟线可以包括一个或更多个光子带隙光纤。
在一些示例中，反馈回路可以包括多个延迟线。每个延迟线可以向多模可调谐激光器提供注入锁定反馈或锁相环反馈中的至少一个。在锁相环反馈的这种示例中，至少一个锁相环反馈元件可以具有外部参考信号以锁定光信号的振荡。
在一些示例中，可调谐多模激光器的增益区域、反馈区域和相位调制区域中的每一个都可以是单片集成的。
本公开的另一个方面提供了一种光电器件，该光电器件具有可调谐激光器和光电反馈回路中的每一个。可调谐激光器可以被配置为以多个模式产生处于经调谐的波长处的光信号，多个模式具有带RF频率范围的模间间隔频率。反馈回路可耦接到可调谐激光器以接收光信号，且反馈回路可包括至少一个延迟部件，光信号可存储在至少一个延迟部件上。光电反馈回路的输出可连接到可调谐激光器，用于将光信号反馈到激光器中。
在一些示例中，可调谐激光器还可以包括PIN结构、反馈镜、相位调制器以及沿着PIN结构的有源层形成的多量子阱结构；该PIN结构具有在p型半导体区域与n型半导体区域之间的有源层；该反馈镜包括分布式布拉格反射器或法布里-珀罗谐振器中的一个，该反馈镜被配置为以选定的光波长发出激光；该相位调制器用于控制光信号的相位。反馈回路可以提供光信号的自注入锁定和自锁相环，以稳定光信号的模间间隔频率。例如，反馈回路可以被配置为控制相位调制器以具有满足巴克豪森振荡条件的相位条件，以便稳定光信号的模间间隔频率。
附图说明
图1是根据本公开的一个方面的可调谐多模激光器的截面侧视图。
图2是图1的激光器的等效电路模型。
图3是图1的激光器的光谱的图示。
图4是根据本公开的一方面的自注入锁定可调谐多模激光器的功能图。
图5是图4的自注入锁定可调谐多模激光器在频率范围上的性能的图示。
图6是根据本公开的一方面的自锁相环可调谐多模激光器的功能图。
图7是根据本公开的一个方面的自注入锁定自锁相环可调谐多模激光器的功能图。
具体实施方式
OEO的光学部分可以完全是单片集成的。为了说明如何可以实现这一点，图1示出了在具有PIN二极管结构的半导体波导结构内形成的单片集成的激光二极管100，该PIN二极管结构包括p型半导体102、n型半导体104以及在p型半导体区域和n型半导体区域之间的有源层105。光在有源层105处产生并且可以在第一端150处发射。结构的相对的第二端152可涂覆有抗反射(AR)涂层108，以便防止在有源层105处产生的光损耗。
波导结构(从第一端150延伸到第二端152)可以有效地被认为具有三个部分：在第一端150处的光增益部分110，在第二端152处的光反馈产生部分130，以及在增益部分和反馈部分之间的光相位调制(PM)部分120。从结构的第一端150发射光信号160。
可以使用PIN二极管结构的半导体材料来形成增益部分110。例如，增益部分可以是在有源层105中形成并且具有多量子阱(MQW)结构115的半导体光放大器(SOA)。增益部分可由在图1中由第一电流源142表示的电偏置控制进行电流调制，以在期望的光波长处产生增益。低注入中实现的光增益与适当的反馈可提供高达最大饱和功率电平的线性放大。
可以使用PIN二极管结构的相同半导体材料形成相位调制部分120，并且相位调制部分120可以具有在约2mm至约3mm之间的物理长度。相位调制器120可以由在图1中由第二电流源144表示的另一电偏置控制进行控制，以在相位调制器的光波导中产生期望的有效折射率。本质上，调谐相位调制部分120改变其有效长度，以使光信号的特性进入稳定状态。在所施加的DC电压通常为约6-7V(以及高达约15V)的情况下，相位调制部分的调谐可具有约10-15度/(V*mm)之间的灵敏度。这种相位灵敏度可以用各种器件来实现，同时维持大约3dB/mm或更小的衰减(信号损耗)。
反馈产生部分130可由谐振腔或分布式反馈(DFB)结构(诸如反馈镜)形成。在一些情况下，反馈可由分布式布拉格反射器(DBR)的衍射光栅135提供。DBR可以充当光信号的多波长带通滤波器，并且DBR可以具有高达约200GHz的频率选择性。在其他实例中，可由基于法布里-珀罗(FP)的反射器提供反馈。FP反射器可具有高达约2000GHz的频率选择性。反馈产生部分130的反射频率可以被设计为与增益部分110中的放大器的增益谱相匹配。
MQW激光器的制造可使用化合物半导体材料进行。例如，PIN二极管结构可以由磷化铟(InP)形成。MQW结构可由铟镓砷磷化物(InGaAsP)层形成。可以使用的其他化合物包括基于HBT/HEMT的AlGaAs/GaAs、InGaAsP/InP或基于InAlAs/InP的超高速电子器件。在另外的示例中，可以利用不同的III-V或II-VI半导体化合物。这些化合物可以进一步用于形成本公开的其他单片集成的部件。
图2示出了图1的激光二极管100的等效电路。如图2所示，增益部分110和相位调制部分120中的每一个分别由第一电流源142和第二电流源144控制。此外，尽管增益部分110和相位调制部分120彼此单片集成，但这两部分通过具有有效电阻的隔离部分225彼此电隔离，以便使每个电流源142、144应该偏置其指定部分而不偏置其他部分。
在操作中，增益部分110的MQW结构115可在宽光谱上提供高增益，且进一步可产生具有大量模间振荡的多模光信号。例如，激光二极管100可以被配置为以1550nm的波长操作或以约1550nm的波长操作或在以1550nm为中心的波长范围下操作或大约以1550nm为中心的波长范围下操作，并且增益部分110可以由第一电流源142电流调制以在大约1550nm的光波长处产生增益。模间振荡可在约3GHz到300GHz之间。
可以通过外差式光电检测的方式从多模光信号的模间振荡产生RF频率光信号。这导致模间间隔频率被有效地认为是自由运行的RF信号。如果使用异质结化合物材料的适当组合，从近IR到UV区域的任何地方的光波长都可以由本公开的设计产生。
模间频率间隔可以由Δν来定义，其中，Δν＝1/2τ，并且τ是光学谐振腔结构中的光信号的行进时间。这意味着随着光学行进时间增加，模间频率之间的间隔减小。例如，(50μm的)短法布里-珀罗谐振器在1000GHz的模间间隔频率下导致有限数量的模式。相比之下，(5mm的)长FP长度在10GHz的模间间隔频率下导致增益谱下的大量模式。对此，可以看出，可以通过(例如，通过影响相位调制部分120中的光波导的折射率)影响光信号通过连接的谐振腔的行进时间，来调节激光器的模间间隔频率。
在实践中，多模光信号的各种模式之间的模间隔离频率会发生变化。这种变化导致光信号随时间的漂移。因此，需要强制振荡以便防止多模信号中的相位漂移。特别地，通常寻求相位条件满足巴克豪森振荡条件，以便相位调制器以最小化其漂移的方式有效地调节模间间隔频率。在这个意义上，强制振荡反馈可被配置为可调谐N推振荡器配置，以便动态地补偿由多模光信号的模式中间的模间间隔频率中的差异造成的相位误差。这进而导致对激光增益部分的正反馈，从而强化高频光信号。
如在本公开中稍后描述的，可以使用施加于增益部分110和相位调制部分120中的每一个的偏置，以便在激光二极管100处产生上述强制振荡并且因此最小化光信号中的漂移。可以应用低频调制和高频调制中的任意一者。可以对激光器的各个部分进行输出功率、波长调谐和强制振荡。实际上，使用电流控制142和频率控制144输入，激光二极管100可被调谐到期望增益和期望波长中的每一个。因此，图2展示了图1的单片集成的激光二极管100提供稳定但可调谐的多模长腔激光器的能力。
还应当注意的是，图2的电路图是图1的光学布置的电气模型，并且这可以用于建模和估计图1的光学布置的电气特性。此外，图2的电气模型可与其他电气模型(诸如用于可调谐N推振荡器配置)组合建模，，以便更好地估计激光器的接近载波相位噪声。
图3是由图1的激光二极管100发射的光信号在或大约以200THz(近似对应于上述1550nm波长)为中心的光频率范围上的光谱的图示。可以使用光谱分析仪测量光信号。或者，可使用超高速光电二极管来检测光信号的模间振荡。
从图3中可以看出，由于存在于反馈产生部分的谐振反馈结构135中的内置光学延迟，产生了若干模间频率。具体地，图3示出了在多模激光二极管100中激发的超过10个模式。这两条竖直线401和402与具有(例如，比-27.0dB衰减更好的)强激光功率的TEM模式对准。线301与线302之间的总频率间隔为约0.4070THz。两个数据点303和304对应于相邻的局部最大点和最小点，并且具有-0.021THz的总频率间隔。线301和线302以及数据点303和304指示光信号的模式之间的模间频率间隔为约40GHz。因此，期望从激光二极管的输出产生的稳定的外差式光电检测RF信号将为约40GHz。
应注意的是，图3中示出的结果对应于图1中示出的基于DBR的反馈结构。类似的结果可从基于FP的反馈结构产生。在FP反馈结构上的情况下，与毫米范围FP长度相关联的延迟可以是几十皮秒的量级。因此，在这种条件下，由FP结构的内置延迟产生的RF振荡将类似地导致约40GHz的模间间隔频率。
因为图3中所示的信号是自由运行的，所以信号可能遭受高电平的频率不稳定性(例如，超过11MHz的1小时频率漂移)。为了实现改进的频率稳定性，可以向增益部分110和相位调制部分120中的每一个施加偏置以在激光二极管100处产生强制振荡，如以上结合图1所讨论的。这些强制振荡可以是由自IL反馈回路、自PLL反馈或两者的组合产生。
图4是使用自IL反馈回路来稳定多模激光器的示例电路400。在图4中，示例电路400连接到可调谐多模激光器，诸如(但不限于)图1中所示的激光器100。电路400纯粹是光学的，并且利用延迟线450向激光器100提供反馈。在一些情况下，延迟线450可以为光纤电缆，并且可以具有约3.5km的长度或约3.5km的量级。色散光子晶体光纤或啁啾光纤布拉格光栅可用于在光纤电缆中产生合适的延迟。其他示例可利用如关于自IL的相关技术中公开的较短或较长延迟线。在其他实例中，延迟线可为高能量存储谐振器，如下文更详细讨论的。图4中所示的延迟线450回路仅旨在表示时间延迟，并且不一定指示在延迟线450中使用的特定延迟元件的特定长度。
激光器100的输出经过一个或更多个光学器件，诸如环形器415和可选的耦合器430。在图4的示例中，所提供的环形器415具有低正向***损耗和高反向隔离。如果设置的话，耦合器430可以是具有相等(即，50：50)或不等拆分(10：90)的单片集成的定向耦合器。耦合器430之外的一个分支440可用于监测多模激光器100的输出的特性(例如，光学特性、模间振荡频率特性等)，或者将光信号输出到另一部件。这种监测还可能需要提供光学检测和显示***。耦合器430之外的其他分支可以被馈送到延迟线450。光信号的至少一部分可以可选地被馈送到放大器455(诸如半导体光放大器)，并且最终被反馈到环形器415中。例如，放大器455可被包括在反馈回路中的延迟线450中，使得光信号变得显著衰减(例如，约6dB或更多，约10dB或更多)。
环形器415然后将延迟放大后的光信号馈送回激光器100的调制器。这可以作为时间的函数来执行。此外，信号可被馈送到与电流控制源142和频率控制源144中的每一个相关联的不同光线路中。光线路可被配置为向源142、144中的每一个提供控制功能。在一些情况下，光信号可进一步(例如，使用耦合器)被拆分，以便提供用于激光器100和振荡器外部使用(例如，本技术的相关应用，进一步监测)的光输出。
在操作中，电路400的延迟线450通过将实时自由运行的振荡强制夹带到其自身的延迟副本来充当噪声最小化部件。用于光学电路中的噪声最小化的所需延迟是在0.1μs与100μs之间的量级上。
如上所述，图4中所示的实验装置400的元件本质上都是光学的。这与’369专利中描述的自IL反馈布置不同，在’369专利中，激光器的光输出被转换为电信号、被放大、被提供给RF振荡器，然后作为电输入被反馈到激光器。可以在电域或光域中进行相位误差校正。在电域校正的情况下，可以使用电控制的(色散或非色散的)移相器。在光域校正的情况下，可以使用(具有可调节的操作点的)马赫-曾德尔调制器或(基于偏置电压的变化的)光相位调制器中的任何一个。本申请的示例主要集中于光相位调制器的使用，因为这种方法通常是最有效的。改变马赫-曾德尔调制器的操作偏置可导致非线性振幅调制，且因此增加谐波失真。第三种可能性是，使用可调谐光横向滤波器来调节滤波器通过的中心波长。光横向滤波器的带通特性。这可进一步与用于振荡信号的窄带滤波的可调谐钇-铁-石榴石(YIG)滤波器组合。这些光学滤波器可以与光相位调制器包括在一起，并且可以在光域中的锁相和滤波中引入附加的自由度。
总之，自IL输入可以迫使多模激光二极管以稳定的方式操作。这种布置可以显著地降低所产生的模间间隔频率的远距离载波相位噪声。此外，反馈到激光二极管中的自IL的电平本身可以通过控制放大器455来调节。
图5是跨频率范围绘制的在自由运行和自注入(自IL)两种条件下由可调谐多模激光器输出的RF功率的图示。在图5的示例中，3.5km长的光纤延迟线用于自IL，从而导致约17.5微秒的延迟。与图1-图3的示例一样，可调谐多模激光器的模间间隔频率在各种光注入功率电平处并且对于各种光学放大器增益为约40GHz。
图5的曲线501示出了持续约1小时的自由运行振荡(无注入)的RF功率特性。自由运行振荡产生高噪声并且在约12MHz(从约41.048GHz到约41.060GHz)的带宽上产生频率漂移。相比之下，具有持续1小时以上的自IL反馈的振荡的频率稳定性具有降低的频率漂移。具体地，曲线502示出了在2dB的光学放大器功率电平下，自IL振荡的RF功率特性。这导致1小时以上的约7MHz(从约41.049GHz到约41.056GHz)的频率漂移。曲线503示出了在5dB的光学放大器功率电平下，具有自IL反馈的振荡的RF功率特性。这导致仅约5MHz(从约41.061GHz至约41.066GHz)的频率漂移。因此，从图5的结果可以看出，由于反馈信号的强制相互作用，自IL引起由多模激光器产生的40GHz模间振荡的频率失谐。
除了在图4和图5中所示的自IL的原理之外，自PLL的原理可以应用于振荡器以迫使稳定振荡。在自PLL反馈回路的情况下，光信号在具有不同的、模拟相关的延迟的两条或更多条路径之间分配。为了使这些延迟进行相位比较，光信号被转换到电域中并且然后被馈送到相位比较器中。比较器的结果可以是具有降低的相位噪声特性的组合处理信号，该组合处理信号然后可以被馈送到激光二极管，并且特别地用于偏置激光二极管的增益部分和相位调制部分。这种布置可以显著地降低振荡器的锁定范围内的接近载波相位噪声。
与上文结合图4所描述的自IL回路不同，自PLL回路不是纯粹光学的。然而，自PLL回路也不像’369专利中所描述的自PLL反馈布置，其中，比较器输出被提供给RF振荡器，并且随后被反馈到激光器中。因为自PLL反馈用于稳定多模激光输出的模间频率，所以反馈可以作为增益部分和相位调制部分中的每一个的偏置来直接馈送到激光二极管中。
图6是用于对可调谐多模激光器100的模间振荡进行锁相的自PLL布置600的功能图。在图6中，光信号由实线示出并且电信号由虚线示出。
电路600使用模间振荡频率的无延迟601版本与延迟602版本之间的实时相位误差检测。在无延迟端601上，使用光检测器(诸如，光电二极管655)或用于将光信号从光域转换到电域的其他光电转换器，将激光输出转换为电信号，且接着将电信号提供到窄带滤波器656。取决于激光器的特性，滤波器可以被设置为期望的频带。在产生大约40GHz的RF振荡的本申请的具体示例中，窄带滤波器可以以或大约40GHz为中心。经滤波的输入用作来自比较器658的参考信号。
在电路600的延迟侧602上，激光输出可选地被提供给耦合器610。在存在耦合器的情况下，以类似于图4的耦合器的方式将耦合器输出拆分成两个信号，例如使用拆分的一个分支640来监测或输出光信号。然后，在使用光检测器(诸如光电二极管652)或用于将光信号从光域转换到电域的其他光电转换器将光信号转换成电信号之前，光信号的至少一部分经过延迟线650。延迟线650可以与结合图4所讨论的延迟线450相同或相似。将光电二极管输出提供给以与参考端窄带滤波器656相同的频率(例如，在本申请中，40GHz)为中心的窄带滤波器654，然后将经滤波的电信号提供给比较器658。然后，相位混频器658(在图6的示例中示出为乘法器电路)将无延迟(参考)信号和延迟信号组合，并将结果提供给放大器660(在放大器660中将该结果与参考信号670进行比较)，并且最后提供回可调谐激光器100。电路600的布置的结果是具有改进的稳定性的锁相信号。
图4和图5的自IL原理以及图6的自PLL原理在图7中被组合成具有组合的自IL自PLL布置的电路700。为了简单起见，应注意，电路700的大多数元件可与图4的布置400和图6的布置600中的相同。具体地，锁相元件(例如，具有相应分支440和640的可选耦合器430和610、延迟线450和650、激光输出的延迟740/750和无延迟760版本、光电二极管652和655、滤波器654和656、相位混频器658、以及具有参考信号670的放大器660、以及可选地光学放大器455)可以是相同的或类似的。除了这些部件之外，自IL自PLL电路700包括第二耦合器710，该第二耦合器710在延迟线650之后但在光信号在光电二极管652处被转换为电信号之前，位于电路700的延迟部分602中。如图4和6中所示，这是因为延迟的光信号可以用于自IL和自PLL两者的目的。第二耦合器710以期望的方式(例如，50：50、90：10等)将光信号拆分成两个分支，第一分支馈送电路700的自IL回路740，并且第二分支馈送电路700的第一自PLL回路750(对应于图6的回路601)。第二自PLL回路760(对应于图6的回路602)直接从激光器100馈送，而不经过延迟线650。
在自IL回路740中，光信号的第一部分被反馈到可调谐多模激光器100。将光信号反馈到激光器100的方式(例如，使用环形器(图7中未示出))可以与结合图4的描述是相同的或类似的。
在自PLL回路760中，与来自激光器700的无延迟信号相比，延迟的光信号的第二部分被转换到电域。电路700的结果是，锁定的光信号在振荡器的锁定范围内既减少远离载波相位噪声又减少接近载波相位噪声两者。实质上，与自由运行的振荡技术相比，这种布置实现了更好的稳定性和性能，甚至在长的持续时间内具有更少的频率漂移。
为了以单片集成的方式实现上述进步，延迟线(例如，图4、图6和图7的延迟线450和650)本身应当是单片集成的延迟元件。这可以使用微谐振器来实现。微谐振器可被选择为在电路的期望操作波长处具有高品质因数。例如，微谐振器可以是具有(在106与108之间的量级的)非常高品质因数的微盘谐振器。在另一实例中，微谐振器可以是具有约1011量级的品质因数的回音壁模式(WGM)谐振器。以上指定的品质因数是在电路的工作波长处，诸如在约1550nm的波长处(对应于约250μs的光学延迟)。
可通过调节加载的品质因数来调节WGM谐振器中的延迟量。在一些实例中，WGM谐振器的品质因数本身可诸如通过包括具有可变折射率的基于光电的材料(例如，Si-Ge)改变或调谐。该指数可基于所施加的外部电场而改变。这进而可以导致谐振器的谐振频率改变，这可以导致品质因数的改变。
在一个示例中，微谐振器可以是具有约60微米的半径的环状谐振器，诸如在D.K.Armani、T.Kippenberg、S.M.Spillane和K.J.Vahala的“Ultra-high-Q toroidmicrocavity on a chip(芯片上的超高Q环状微腔)”Nature，第421卷，第925-929页，2003年2月27日中描述的谐振器。在另一示例中，微谐振器可以是具有约10微米的直径的环形谐振器，诸如在L.Tobing和P.Dumon的“Fundamental Principles of Operation and Noteson Fabrication ofPhotonic Microresonators(光子微谐振器的基本工作原理和制造说明)”，Research andApplications(研究与应用)，156，第1-27页(2010)中描述的谐振器。谐振器可使用本领域中已知的技术与输入和输出光波导集成。
在另一示例中，可以包括多个谐振器以便增加频率选择性。在这种情况下，谐振器可被设计为具有(与使用单个WGM谐振器的示例相比)相对较低的Q。谐振器可按级联方式对准。
在另一个示例中，代替使用耦接到WGM谐振器延迟线的基本光波导，色散光波导可以使用光子带隙(PBG)工程作为光子晶体(PhC)来实现。延迟元件可包括一个或更多个光子带隙光纤。
以上示例中所描述的用于相位误差检测和控制的光波导、光耦合器、光延迟元件和电子器件都可以是单片集成的，诸如使用非均质集成的硅锗(SiGe)或硅(Si)衬底上的基于硅的光子器件。在一个示例中，可以使用利用SiGe异质结双极晶体管(HBT)器件或SiGeCMOS技术的反馈放大器。窄带滤波可包括有源滤波功能或无源滤波功能。与基于低噪声Si的低噪声Bi-CMOS电路组合的Si光子的微制造工艺可以导致具有在10kHz偏移下接近-150dBC/Hz的相位噪声的光电振荡器。该预期结果基于如共同拥有的美国专利No.7,088,189中描述的彼此锁定的多模耦合振荡的分析建模。
以上示例展示了使用单个延迟线来实现对光信号发生器的自IL反馈和自PLL反馈两者。然而，所属领域的技术人员将容易了解，可设置多个延迟线以便实现多个自IL功能和自PLL功能，如在L.Zhang、A.Poddar、U.Rohde、A.Daryoush的“Analytical andExperimental Evaluation of SSB Phase Noise Reduction in Self-Injection LockedOscillators Using Optical Delay Loops(使用光延迟回路降低自注入锁定振荡器中的SSB相位噪声的分析和实验评估)”，IEEE光子学杂志，第5卷，第6期，2013年12月中所展示的。此外，自多个IL的多个延迟元件(诸如双半数字IL延迟线)或自多个PLL的多个延迟元件(诸如双半数字PLL延迟线)可被单独地或组合地使用以构建用于迫使可调谐激光器处的振荡的自多个ILPLL反馈元件。在一些情况下，可以使用具有不同负载品质因数的WGM谐振器来实现多个延迟线。
虽然本公开描述了使用自锁机制来控制光信号振荡，但还将理解的是，自锁机制可以与附加的基于参考的机制结合，诸如依赖于外部参考的PLL反馈回路来锁定光信号振荡。外部参考信号可由例如石英晶体振荡器或原子时钟产生，且可进一步与倍频器和分频器组合以将外部参考时钟频率带入模间间隔频率的充分接近度内，以便迫使光信号的稳定振荡。图6和图7的每一个中所示的电压参考670可被认为是用于实现频率稳定性的外部参考的代表。
使用上述技术，以上示例电路400、600、700中的每一个能够在微波或甚至毫米波频率下，产生稳定的重复光信号。电路设计的单片集成结构还能够在包括(例如，在1550nm处或大约1550nm的)主导电信波长的波长范围内操作。与高Q、高能量存储谐振器相比，它们还比非完全集成的设计(诸如那些包括光纤电缆延迟线的设计)占据更少的空间。
本公开的振荡器能够保持频率信道彼此靠近，而同时表现出足以保持紧密封装的频率信道分离的噪声降低、相位控制和相位误差降低以及误码率降低。保持频率信道分离对于依赖于高阶频分(诸如正交频分复用(OFDM)或高阶相移键控(PSK))的蜂窝技术尤其重要。本公开的光电振荡器还可用于基站、雷达***、高分辨率遥感***、计时***或频率合成器中。
此外，这些结构的制造具有成本效益，因为许多部件(例如，相位调制器、半导体光放大器增益部分、反射反馈部分)可以彼此集成，从而使得可调谐多模激光器的制造过程更高效。这些制造和操作技术还导致OEO和光学谐振器设计中的热灵敏度降低。
这些电路具有许多应用，并且可用作模拟数字转换器中的宽带信息的电和光采样的稳定时钟，以及用作诸如通过使用采样和保持技术的许多其他数字处理功能。还需要具有高频率和相位稳定性的RF振荡器，以便实现比先前已知***所实现的(由于例如相位噪声的降低的)更窄的信道分辨率以及(由于例如降低的温度灵敏度的)更精确的锁定频率。因此，本公开的示例器件为在给定通信带宽(诸如，相移键控或正交振幅调制通信***中的通信带宽)上传输的数据提供较低的误码率。
总之，本文中所描述的电路是用于产生适用于高级蜂窝***(诸如宽带MIMO、UWB、5G LTE、IEEE 802.11AD等)的光信号的有成本效益的解决方案。
尽管本文已经参考具体实施例描述了本发明，但应理解的是，这些实施例仅说明本发明的原理和应用。因此，应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对说明性实施例进行许多修改，并且可以设计其他布置。
技术的附加示例
示例1：一种器件，包括：
可调谐多模激光器，该可调谐多模激光器被配置为产生处于经调谐的波长处的多模光信号；以及
反馈回路，该反馈回路耦接到可调谐激光器，以接收光信号，并且该反馈回路包括至少一个延迟线，其中，延迟线的输出被反馈到可调谐多模激光器，以便为多模可调谐激光器提供自注入锁定和自锁相环中的至少一个，
其中，该多模可调谐激光器包括：在多模可调谐激光器的第一端处的半导体光增益区域；
在多模可调谐激光器的第二端处的反馈区域，该反馈区域包括反馈镜，反馈镜被配置为维持由模间间隔频率隔开的多个波长处的光信号；以及
在半导体光增益区域与反馈区域之间的相位调制区域，相位调制区域被配置为控制通过相位调制区域传输的光信号的相位，
其中，反馈到激光器的延迟线的输出被配置为对光增益区域和相位调制区域中的每一个进行偏置，以便降低光信号的相位漂移。
示例2：根据示例1的器件，其中，多模可调谐激光器由PIN结构形成，该PIN结构具有p型半导体区域、n型半导体区域以及位于p型半导体区域和n型半导体区域之间的有源层，其中，半导体光增益区域包括沿着有源层形成的多量子阱结构。
示例3：根据示例2的器件，其中，PIN结构由磷化铟形成，其中，多量子阱结构由铟镓砷磷化物合金或铟铝砷化物合金中的一种形成。
示例4：根据示例1-3中任一项的器件，其中，光信号的波长的模间间隔频率为约40GHz。
示例5：根据示例1-4中的任一项的器件，其中，反馈区域的反馈镜是分布式布拉格反射器或法布里-珀罗谐振器中的一个。
示例6：根据示例的器件，其中，相位调制区域包括相位调制器，该相位调制器在6-7伏特之间的施加电压下具有约15度/(V*mm)的灵敏度。
示例7：根据示例1-6中任一项的器件，其中，反馈回路是包括延迟线的自注入锁定部件，并且自注入锁定部件还包括：
半导体光放大器，该半导体光放大器被配置为放大该延迟线的输出；以及
光组合器，该光组合器被配置为接收由激光器产生的光信号和延迟线的输出中的每一个，并且将延迟线输出的输出反馈到激光器中。
示例8：根据示例7的器件，其中，激光器包括用于控制光增益区域处的增益的第一电流源以及用于控制相位调制区域处的相位调制的第二电流源，其中，第一电流源和第二电流源中的每一个彼此电隔离，并且其中，光组合器被配置为将延迟线的输出馈送到第一电流源和第二电流源中的每一个中。
示例9：根据示例7-8中任一项的器件，其中，半导体光放大器具有约2dB的增益，其中，反馈回路被配置为在1小时的持续时间内将光信号的频率漂移从大于11GHz降低到小于8GHz。
示例10：根据示例7-8中任一项的器件，其中，半导体光放大器具有约5dB的增益，其中，反馈回路被配置为在1小时的持续时间内将光信号的频率漂移从大于11GHz降低到小于6GHz。
示例11：根据示例1-6中的任一项的器件，其中，反馈回路是包括延迟线的光电自锁相环部件，并且光电自锁相环部件还包括：
第一光电转换器，该第一光电转换器被配置为接收来自激光器的光信号的无延迟版本，并且将接收到的信号从光域转换到电域；
第一电线，该第一电线被配置为接收来自第一光电转换器的经转换的无延迟信号；
第二光电转换器，该第二光电转换器被配置为接收来自延迟线的光信号的延迟版本，并且将接收到的信号从光域转换到电域；
第二电线，该第二电线被配置为接收来自第二光电转换器的经转换的延迟信号；以及
相位混频器，该相位混频器耦接到第一电线和第二电线中的每一个，并且被配置为将无延迟的经转换信号和延迟的经转换信号组合成组合信号，其中，器件还被配置为使得组合信号被反馈到激光器中。
示例12：根据示例11的器件，还包括放大器，该放大器耦接到混频器的输出，并且被配置为放大组合信号，其中，器件被配置为使得放大的组合信号被反馈到激光器中。
示例13：根据示例11-12中任一项的器件，其中，第一电线和第二电线中的每一个均包括用于分别对无延迟的经转换信号和延迟的经转换信号进行滤波的窄带滤波器，其中，每个窄带滤波器以基于模间间隔频率选择的相同频率为中心。
示例14：根据示例1-6中任一项的器件，其中，反馈回路是光电自注入锁定自锁相环反馈回路，光电自注入锁定自锁相环反馈回路包括：
自注入锁定部件，该自注入锁定部件包括：
半导体光放大器，该半导体光放大器被配置为放大延迟线的输出；以及
光组合器，该光组合器被配置为接收激光器产生的光信号以及延迟线的输出中的每一个，并将延迟线输出的输出反馈到激光器；以及
自锁相环部件，该自锁相环部件包括：
第一光电转换器，该第一光电转换器被配置为接收来自激光器的光信号的无延迟版本，并且将接收到的信号从光域转换到电域；
第一电线，该第一电线被配置为接收来自第一光电转换器的经转换的无延迟信号；
第二光电转换器，该第二光电转换器被配置为接收来自延迟线的光信号的延迟版本，并将接收到的信号从光域转换到电域；
第二电线，该第二电线被配置为接收来自第二光电转换器的经转换的延迟信号；以及
相位混频器，该相位混频器耦接到第一电线和第二电线中的每一个，并且该相位混频器被配置为将无延迟的经转换信号和延迟的经转换信号组合成组合信号，其中，器件还被配置为使得组合信号被反馈到激光器中。
示例15：根据示例1-14中任一项的器件，还包括光耦合器，光耦合器耦接到激光器的输出，并且被配置为对由激光器产生的光信号进行拆分，其中，仅将由激光器产生的光信号的一部分提供给延迟线。
示例16：根据示例1-15中的任一项的器件，其中，激光器和延迟线是单片集成的。
示例17：根据示例16的器件，其中，延迟线包括选自以下各项中的一个的延迟元件：环状微谐振器或环形微谐振器。
示例18：根据示例17的器件，其中，延迟元件是具有约60微米的半径的环状微谐振器。
示例19：根据示例17的器件，其中，延迟元件是具有约10微米的直径的环形微谐振器。
示例20：根据示例17-19中的任一项的器件，其中，对于在约1550nm的波长处操作的激光器，延迟元件具有1011量级的品质因数。
示例21：根据示例17-20中任一项的器件，其中，延迟元件产生约250μs的延迟。
示例22：根据示例16的器件，其中，延迟线包括一个或更多个光子带隙光纤。
示例23：根据示例1-22中的任一项的器件，其中，反馈回路包括多个延迟线，每个延迟线均向多模可调谐激光器提供注入锁定反馈或锁相环反馈中的至少一个。
示例24：根据示例23的器件，其中，多个延迟线中的至少一个延迟线包括锁相环反馈元件，该锁相环反馈元件具有外部参考信号，以锁定光信号的振荡。
示例25：根据示例1-24中的任一项的器件，其中，可调谐多模激光器的增益区域、反馈区域和相位调制区域中的每一个都是单片集成的。
示例26：一种光电器件，包括：
可调谐激光器，该可调谐激光器被配置为以多个模式产生处于经调谐的波长处的光信号，该多个模式具有带有RF频率范围的模间间隔频率；以及
光电反馈回路，该光电反馈回路耦接到可调谐激光器，以接收光信号，光电反馈回路包括至少一个延迟部件，光信号存储在至少一个延迟部件上，其中，光电反馈回路的输出连接到可调谐激光器，用于将光信号反馈到激光器中，
其中，可调谐激光器包括：PIN结构，PIN结构具有在p型半导体区域与n型半导体区域之间的有源层；
反馈镜，该反馈镜包括分布式布拉格反射器或法布里-珀罗谐振器中的一个，该反馈镜被配置为以选定的光波长发出激光；
相位调制器，该相位调制器用于控制光信号的相位；以及
沿着PIN结构的有源层形成的多量子阱结构，
其中，光电反馈回路提供光信号的自注入锁定和自锁相环，以稳定光信号的模间间隔频率。
示例27：根据示例26的光电器件，其中，光电反馈回路控制相位调制器以具有满足巴克豪森振荡条件的相位条件，以稳定光信号的模间间隔频率。

Claims (27)

1.一种光电器件，包括：
可调谐多模激光器，所述可调谐多模激光器被配置为产生处于经调谐的波长的多模光信号；以及
反馈回路，所述反馈回路耦接到所述可调谐多模激光器，以接收所述多模光信号，并且所述反馈回路包括至少一个延迟线，其中，所述延迟线的输出被反馈到所述可调谐多模激光器，以便为所述可调谐多模激光器提供自注入锁定和自锁相环中的至少一个，
其中，所述可调谐多模激光器包括：
半导体光增益区域，所述半导体光增益区域在所述可调谐多模激光器的第一端处；
反馈区域，所述反馈区域在所述可调谐多模激光器的第二端处，所述反馈区域包括反馈镜，所述反馈镜被配置为维持由模间间隔频率隔开的多个波长处的光信号；以及
相位调制区域，所述相位调制区域在所述半导体光增益区域和反馈区域之间，所述相位调制区域被配置为控制通过所述相位调制区域传输的所述多模光信号的相位，
其中，反馈到所述可调谐多模激光器中的所述延迟线的所述输出被配置为对所述半导体光增益区域和相位调制区域中的每一个进行偏置，以便降低所述多模光信号的相位漂移。
2.根据权利要求1所述的光电器件，其中，所述可调谐多模激光器由PIN结构形成，所述PIN结构具有p型半导体区域、n型半导体区域以及位于所述p型半导体区域和所述n型半导体区域之间的有源层，其中，所述半导体光增益区域包括沿着所述有源层形成的多量子阱结构。
3.根据权利要求2所述的光电器件，其中，所述PIN结构由磷化铟形成，其中，所述多量子阱结构由铟镓砷磷化物合金或铟铝砷化物合金中的一种形成。
4.根据权利要求1所述的光电器件，其中，所述多模光信号的所述多个波长的所述模间间隔频率为约40GHz。
5.根据权利要求1所述的光电器件，其中，所述反馈区域的所述反馈镜是分布式布拉格反射器或法布里-珀罗谐振器中的一个。
6.根据权利要求1所述的光电器件，其中，所述相位调制区域包括相位调制器，所述相位调制器在6-7伏特之间的施加电压下具有约15度/（V*mm）的灵敏度。
7.根据权利要求1所述的光电器件，其中，所述反馈回路是包括所述延迟线的自注入锁定部件，并且所述自注入锁定部件还包括：
半导体光放大器，所述半导体光放大器被配置为放大所述延迟线的输出；以及
光组合器，所述光组合器被配置为接收所述可调谐多模激光器产生的所述多模光信号以及所述延迟线的输出中的每一个，并将所述延迟线的输出反馈到所述可调谐多模激光器中。
8.根据权利要求7所述的光电器件，其中，所述可调谐多模激光器包括第一电流源和第二电流源，所述第一电流源用于控制所述半导体光增益区域处的增益，所述第二电流源用于控制所述相位调制区域处的相位调制，其中，所述第一电流源和所述第二电流源中的每一个彼此电隔离，并且其中，所述光组合器被配置为将所述延迟线的输出馈送到所述第一电流源和所述第二电流源中的每一个中。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的光电器件，其中，所述半导体光放大器具有约2dB的增益，其中，所述反馈回路被配置为在1小时的持续时间内将所述多模光信号的频率漂移从大于11GHz降低到小于8GHz。
10.根据权利要求7-8中任一项所述的光电器件，其中，所述半导体光放大器具有约5dB的增益，其中，所述反馈回路被配置为在1小时的持续时间内将所述多模光信号的频率漂移从大于11GHz降低到小于6GHz。
11.根据权利要求1所述的光电器件，其中，所述反馈回路是包括所述延迟线的光电自锁相环部件，并且所述光电自锁相环部件还包括：
第一光电转换器，所述第一光电转换器被配置为接收来自所述可调谐多模激光器的所述多模光信号的无延迟版本，并将所接收到的所述多模光信号的无延迟版本从光域转换到电域；
第一电线，所述第一电线被配置为接收来自所述第一光电转换器的经转换的所述多模光信号的无延迟版本；
第二光电转换器，所述第二光电转换器被配置为接收来自所述延迟线的所述多模光信号的延迟版本，并将所接收到的所述多模光信号的延迟版本从所述光域转换到所述电域；
第二电线，所述第二电线被配置为接收来自所述第二光电转换器的经转换的所述多模光信号的延迟版本；以及
相位混频器，所述相位混频器耦接到所述第一电线和所述第二电线中的每一个，并且所述相位混频器被配置为将经转换的多模光信号的无延迟版本和经转换的多模光信号的延迟版本组合成组合信号，其中，所述光电器件还被配置为使得所述组合信号被反馈到所述可调谐多模激光器中。
12.根据权利要求11所述的光电器件，还包括放大器，所述放大器耦接到所述相位混频器的输出并且被配置为放大所述组合信号，其中，所述光电器件被配置为使得放大的组合信号被反馈到所述可调谐多模激光器中。
13.根据权利要求11-12中任一项所述的光电器件，其中，所述第一电线和所述第二电线中的每一个均包括用于分别对所述经转换的多模光信号的无延迟版本和所述经转换的多模光信号的延迟版本进行滤波的窄带滤波器，其中，每个窄带滤波器以基于所述模间间隔频率选择的相同频率为中心。
14.根据权利要求1所述的光电器件，其中，所述反馈回路是光电自注入锁定自锁相环反馈回路，所述光电自注入锁定自锁相环反馈回路包括：
自注入锁定部件，所述自注入锁定部件包括：
半导体光放大器，所述半导体光放大器被配置为放大所述延迟线的输出；以及
光组合器，所述光组合器被配置为接收所述可调谐多模激光器产生的所述多模光信号以及所述延迟线的输出中的每一个，并将所述延迟线的输出反馈到所述可调谐多模激光器中；以及
自锁相环部件，所述自锁相环部件包括：
第一光电转换器，所述第一光电转换器被配置为接收来自所述可调谐多模激光器的所述多模光信号的无延迟版本，并将所接收到的所述多模光信号的无延迟版本从光域转换到电域；
第一电线，所述第一电线被配置为接收来自所述第一光电转换器的经转换的所述多模光信号的无延迟版本；
第二光电转换器，所述第二光电转换器被配置为接收来自所述延迟线的所述多模光信号的延迟版本，并将所接收到的所述多模光信号的延迟版本从所述光域转换到所述电域；
第二电线，所述第二电线被配置为接收来自所述第二光电转换器的经转换的所述多模光信号的延迟版本；以及
相位混频器，所述相位混频器耦接到所述第一电线和所述第二电线中的每一个，并且所述相位混频器被配置为将经转换的多模光信号的无延迟版本和经转换的多模光信号的延迟版本组合成组合信号，其中，所述光电器件还被配置为使得所述组合信号被反馈到所述可调谐多模激光器中。
15.根据权利要求1所述的光电器件，还包括光耦合器，所述光耦合器耦接到所述可调谐多模激光器的输出，并且所述光耦合器被配置为对由所述可调谐多模激光器产生的所述多模光信号进行拆分，其中，仅将由所述可调谐多模激光器产生的所述多模光信号的一部分提供给所述延迟线。
16.根据权利要求1所述的光电器件，其中，所述可调谐多模激光器和所述延迟线是单片集成的。
17.根据权利要求16所述的光电器件，其中，所述延迟线包括选自以下各项中的一个的延迟元件：环状微谐振器或环形微谐振器。
18.根据权利要求17所述的光电器件，其中，所述延迟元件是环状微谐振器，所述环状微谐振器具有约60微米的半径。
19.根据权利要求17所述的光电器件，其中，所述延迟元件是环形微谐振器，所述环形微谐振器具有约10微米的直径。
20.根据权利要求17-19中任一项所述的光电器件，其中，对于在约1550nm的波长处操作的激光器，所述延迟元件具有1011量级的品质因数。
21.根据权利要求17-19中任一项所述的光电器件，其中，所述延迟元件产生约250µs的延迟。
22.根据权利要求16所述的光电器件，其中，所述延迟线包括一个或更多个光子带隙光纤。
23.根据权利要求1所述的光电器件，其中，所述反馈回路包括多个延迟线，每个延迟线均向所述可调谐多模激光器提供注入锁定反馈或锁相环反馈中的至少一个。
24.根据权利要求23所述的光电器件，其中，所述多个延迟线中的至少一个延迟线包括锁相环反馈元件，所述锁相环反馈元件具有外部参考信号，以锁定所述多模光信号的振荡。
25.根据权利要求1所述的光电器件，其中，所述可调谐多模激光器的半导体光增益区域、反馈区域和相位调制区域中的每一个都是单片集成的。
26.一种光电器件，包括：
可调谐激光器，所述可调谐激光器被配置为以多个模式产生处于经调谐的波长处的光信号，所述多个模式具有模间间隔频率，所述模间间隔频率具有射频(RF)频率的范围；以及
光电反馈回路，所述光电反馈回路耦接到所述可调谐激光器，以接收所述光信号，所述光电反馈回路包括至少一个延迟部件，所述光信号存储在所述至少一个延迟部件上，其中，所述光电反馈回路的输出连接到所述可调谐激光器，用于将所述光信号反馈到所述可调谐激光器中；
其中，所述可调谐激光器包括：
PIN结构，所述PIN结构具有在P型半导体区域和n型半导体区域之间的有源层；
反馈镜，所述反馈镜包括分布式布拉格反射器或法布里-珀罗谐振器中的一个，所述反馈镜被配置为以选定的光波长发出激光；
相位调制器，所述相位调制器用于控制所述光信号的相位；以及
沿着所述PIN结构的所述有源层形成的多量子阱结构，
其中，所述光电反馈回路提供所述光信号的自注入锁定和自锁相环，以稳定所述光信号的所述模间间隔频率。
27.根据权利要求26所述的光电器件，其中，所述光电反馈回路控制所述相位调制器以具有满足巴克豪森振荡条件的相位条件，以稳定所述光信号的所述模间间隔频率。
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