專利名稱：基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波光子學(xué)領(lǐng)域中光生太赫茲波技木，具體是ー種基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前處于微波頻段與光波頻段之中的太赫茲頻段，受到眾多科研機(jī)構(gòu)和公司的關(guān)注。而在0. 1-0. 3THZ頻段的太赫茲波由于在大氣傳輸損耗相對(duì)較小和產(chǎn)生功率相對(duì)較高， 在高速無(wú)線通信、軍用雷達(dá)、成像等應(yīng)用領(lǐng)域有巨大的發(fā)展?jié)摿?，是ー個(gè)非常熱門的新興研究領(lǐng)域。由于在此頻段更靠近微波頻段，目前較常采用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生太赫茲波，比如電子激光器，電子固態(tài)源等。但由于電子瓶頸的限制，隨著輸出頻段的提高，電子學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本增加顯著，阻礙著太赫茲技術(shù)的進(jìn)ー步發(fā)展和應(yīng)用。微波光子學(xué)是微波與光子學(xué)相結(jié)合的研究領(lǐng)域。其中基于光子學(xué)產(chǎn)生太赫茲彼是其中ー個(gè)重要的研究方向，通過(guò)結(jié)合光頻段的高帶寬和成熟的光通信器件的優(yōu)勢(shì)，能夠顯著改善太赫茲系統(tǒng)受電子器件帶寬和系統(tǒng)成本限制的局面。目前光生太赫茲波較為常用的是采用外部調(diào)制的技木，利用強(qiáng)度調(diào)制器產(chǎn)生新的相干的光邊帶來(lái)實(shí)現(xiàn)光倍頻，其邊帶頻差可以達(dá)到太赫茲量級(jí)，再通過(guò)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生太赫茲波信號(hào)，通過(guò)這種方式產(chǎn)生的太赫茲波信噪比較高，性能穩(wěn)定。但單個(gè)商用的強(qiáng)度調(diào)制器的非線性響應(yīng)效率有限，一般較適合產(chǎn)生一階光邊帯，實(shí)現(xiàn)光二倍頻，由于產(chǎn)生高階光邊帶轉(zhuǎn)換效率較低，倍頻數(shù)低，只能減少ー 半的器件帶寬需求，此種方法太赫茲系統(tǒng)成本較為昂貴，不利于實(shí)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供ー種基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生裝置及方法，有效地提高光生太赫茲波技術(shù)中的光倍頻倍數(shù)，大大降低系統(tǒng)器件的要求，減少系統(tǒng)成本。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生裝置，包括單模激光器、相位調(diào)制器、強(qiáng)度調(diào)制器、光放大器、可調(diào)諧濾波器、 光電探測(cè)器和天線，單模激光器、相位調(diào)制器、強(qiáng)度調(diào)制器、光放大器依次連接，光放大器通過(guò)單模光纖與可調(diào)諧濾波器連接，可調(diào)諧濾波器、光電探測(cè)器、天線依次連接，強(qiáng)度調(diào)制器與微波源連接。所述單模激光器為分布反饋式激光器，光放大器為摻鉺光纖放大器。與上述裝置相應(yīng)的，本發(fā)明還提出了基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生方法，其包括如下基本步驟1)利用單模激光器產(chǎn)生ー個(gè)波長(zhǎng)為1550nm的連續(xù)光信號(hào)，經(jīng)所述的相位調(diào)制器對(duì)光信號(hào)頻譜進(jìn)行展寬。2)采用ー個(gè)可調(diào)諧輸出10-30GHZ頻率的微波源，將該微波頻率信號(hào)與經(jīng)所述相位調(diào)制器展寬后的連續(xù)的光信號(hào)一并輸入強(qiáng)度調(diào)制器，以驅(qū)動(dòng)該強(qiáng)度調(diào)制器輸出兩個(gè)ー階邊帶和中心載波的雙邊帶調(diào)制的光信號(hào)；3)將所述強(qiáng)度調(diào)制器輸出的光信號(hào)輸入至所述光纖放大器，功率放大至0. 45W。2)所述的光纖放大器的輸出放大后的光信號(hào)，輸入至5公里長(zhǎng)的單模光纖進(jìn)行傳輸，產(chǎn)生新的ニ到五階邊帯，所述產(chǎn)生的新邊帶之間的頻率間隔等于驅(qū)動(dòng)的微波頻率。3)單模光纖的輸出信號(hào)進(jìn)入可調(diào)諧濾波器進(jìn)行濾波，濾出兩個(gè)五階邊帶；4)將得到的光五階邊帶通過(guò)ー個(gè)光電探測(cè)器進(jìn)行拍頻，產(chǎn)生太赫茲波電信號(hào)，由天線發(fā)射出太赫茲波。本發(fā)明針對(duì)單個(gè)商用強(qiáng)度調(diào)制器產(chǎn)生高階光邊帶的效率較低，難以實(shí)現(xiàn)高光倍頻產(chǎn)生太赫茲波的問(wèn)題，將強(qiáng)度調(diào)制器輸出的雙邊帶信號(hào)經(jīng)光功率放大器放大后，接入5km 長(zhǎng)的單模光纖，利用光纖中的調(diào)制不穩(wěn)定性效應(yīng)產(chǎn)生信噪比高達(dá)30dB的五階光邊帯。再通過(guò)光電探測(cè)器拍頻和天線發(fā)射得到高信噪比的太赫茲波。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，通過(guò)調(diào)節(jié)強(qiáng)度調(diào)制器的微波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率能夠產(chǎn)生可調(diào)諧的太赫茲波，且大大降低了器件的帶寬要求，節(jié)約了系統(tǒng)的成本。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖；其中1 分布反饋式激光器(DFB-LD) ；2 相位調(diào)制器；3 強(qiáng)度調(diào)制器；4 微波源；5 摻鉺光纖放大器(EDFA) ；6 單模光纖(SMF) ；7 可調(diào)諧濾波器；8 光電探測(cè)器(PD) ；9 天線； 10 太赫茲波。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例裝置包括分布反饋式激光器1、相位調(diào)制器2、強(qiáng)度調(diào)制器3、微波源4、摻鉺光纖放大器5、單模光纖6、可調(diào)諧濾波器7、光電探測(cè)器8和天線9，所述反饋式激光器1輸出連續(xù)光信號(hào)輸入到相位調(diào)制器2，所述相位調(diào)制器對(duì)其連續(xù)光線寬進(jìn)行展寬后，其與微波源4輸出的微波驅(qū)動(dòng)信號(hào)一并作為強(qiáng)度調(diào)制器3的輸入信號(hào)，所述強(qiáng)度調(diào)制器3輸出含有中心載波和兩個(gè)ー階邊帶的光雙邊帶信號(hào)，再經(jīng)摻鉺光纖放大器5放大后，輸入到單模光纖(SMF)，上述單模光纖傳輸后產(chǎn)生新的ニ階、三階、四階、五階光信號(hào)， 再經(jīng)可調(diào)諧光濾波器7，輸出只含有五階光信號(hào)作為光電探測(cè)器8的輸入信號(hào)，所述光電探測(cè)器8的輸出信號(hào)最后接入天線9，輸出太赫茲波10。上述各個(gè)模塊的具體說(shuō)明如下所述分布反饋式激光器1，用于產(chǎn)生指定窄線寬的光載波信號(hào)；相位調(diào)制器2，對(duì)窄線寬的光信號(hào)進(jìn)行展寬，以抑制光纖中的布里淵散射效應(yīng)；強(qiáng)度調(diào)制器3，用于對(duì)指定光載波信號(hào)進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，產(chǎn)生兩個(gè)ー階邊帶信號(hào)， 以作為下階段光纖中調(diào)制不穩(wěn)定的調(diào)制信號(hào)；微波源4 用于產(chǎn)生可調(diào)諧10 30GHz頻率的微波源信號(hào)；摻鉺光纖放大器5，對(duì)光雙邊帶信號(hào)的進(jìn)行功率放大；單模光纖6，用于對(duì)ー階邊帶信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制不穩(wěn)定性，以產(chǎn)生高階光邊帶；
可調(diào)諧濾波器7，用于保留調(diào)制不穩(wěn)定性產(chǎn)生的兩個(gè)光五階邊帶信號(hào)，濾除其它邊帶和中心載波光信號(hào)；光電探測(cè)器8，用于對(duì)兩個(gè)五階光信號(hào)的進(jìn)行拍頻產(chǎn)生太赫茲電信號(hào)；天線9，將太赫茲電信號(hào)以電磁波形式發(fā)射出去。太赫茲波10，產(chǎn)生的太赫茲波。利用單模激光器1產(chǎn)生ー個(gè)連續(xù)的光信號(hào)，經(jīng)過(guò)ー個(gè)相位調(diào)制器2對(duì)光信號(hào)線寬進(jìn)行展寬。采用ー個(gè)可調(diào)諧輸出10-30GHZ頻率的微波源4，與經(jīng)相位調(diào)制器展寬后的連續(xù)的光信號(hào)一并輸入到ー個(gè)強(qiáng)度調(diào)制器，以驅(qū)動(dòng)該強(qiáng)度調(diào)制器產(chǎn)生含有兩個(gè)ー階邊帶和中心載波的雙邊帶調(diào)制的光信號(hào)；將所述強(qiáng)度調(diào)制器輸出的光信號(hào)輸入至所述摻鉺光纖放大器 (EDFA) 5，功率放大至0. 45W。所述的EDFA的輸出光信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后，輸入至單模光纖6，經(jīng)過(guò)5公里的光纖傳輸，產(chǎn)生新的一系列高階光邊帯，所述產(chǎn)生的新邊帶之間的頻率間隔等于驅(qū)動(dòng)的微波頻率。單模光纖的輸出信號(hào)進(jìn)入可調(diào)諧濾波器7進(jìn)行濾波，只得到兩個(gè)光五階邊帶；將得到的光五階邊帶通過(guò)ー個(gè)光電探測(cè)器8進(jìn)行拍頻，產(chǎn)生高頻率的太赫茲波電信號(hào)，由天線9發(fā)射出太赫茲波10。本發(fā)明的工作原理及過(guò)程是由單模激光器產(chǎn)生ー個(gè)連續(xù)光信號(hào)も= Ecos (ω。t)，波長(zhǎng)為1550nm，作為光載波，先經(jīng)相位調(diào)制器將其線寬進(jìn)行展寬，可以有效抑制光纖中布里淵散射效應(yīng)，再將微波信號(hào)Ekf(t) =VfeCOS (ωEFt)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)制器，并調(diào)制在光載波上就可以產(chǎn)生光雙邊帶調(diào)制信號(hào)，即ー個(gè)光載波和兩個(gè)ー階邊帶光信號(hào)，表達(dá)式可為
權(quán)利要求
1.ー種基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生裝置，包括單模激光器、相位調(diào)制器、 微波源、強(qiáng)度調(diào)制器、光放大器、可調(diào)諧濾波器、光電探測(cè)器和天線，其特征在干，單模激光器、相位調(diào)制器、強(qiáng)度調(diào)制器、光放大器依次連接，光放大器通過(guò)單模光纖與可調(diào)諧濾波器連接，可調(diào)諧濾波器、光電探測(cè)器、天線依次連接，強(qiáng)度調(diào)制器與微波源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生裝置，其特征在干，所述單模激光器為分布反饋式激光器，光放大器為摻鉺光纖放大器。
3.ー種基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生方法，其特征在于，該方法的步驟為1)利用單模激光器產(chǎn)生ー個(gè)連續(xù)的光信號(hào)，輸入到相位調(diào)制器，對(duì)連續(xù)光信號(hào)的線寬進(jìn)行展寬；2)將相位調(diào)制器輸出的光信號(hào)與微波源產(chǎn)生的微波信號(hào)一并輸入到強(qiáng)度調(diào)制器，產(chǎn)生兩個(gè)ー階邊帶信號(hào)的雙邊帶調(diào)制器信號(hào)；3)將雙邊帶調(diào)制器信號(hào)輸入光放大器并放大通過(guò)單模光纖傳輸，產(chǎn)生兩個(gè)五階邊帶信號(hào)；4)用可調(diào)光諧濾波器對(duì)五階邊帶信號(hào)濾波，選取兩個(gè)頻率差為十倍于微波信號(hào)的五階邊帶；5)將兩個(gè)五階邊帶通過(guò)光電探測(cè)器進(jìn)行拍頻，產(chǎn)生太赫茲波電信號(hào)，再由天線發(fā)射出太赫茲波。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生方法，其特征在干，所述步驟1)中，光信號(hào)も的表達(dá)式為=Eci = Ec0s(Coet)其波長(zhǎng)為1550nm;其中ω。為光載波頻率，E表示光載波的振幅。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生方法，其特征在干，所述步驟幻中，雙邊帶調(diào)制器信號(hào)^isb的表達(dá)式為
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生方法，其特征在干，所述步驟幻中，光放大器將強(qiáng)度調(diào)制器的輸出信號(hào)放大到0. 45W。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生方法，其特征在干，所述步驟3)中，五階邊帶信號(hào)的信噪比>30dB。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生方法，其特征在干，所述步驟5)中，太赫茲波電信號(hào)E。ut的表達(dá)式為E。ut= μ ·Α5(ξ) .cos(10 EFt)；其中An( ξ)表示光η階邊帶隨光纖傳輸距離的變化，ξ表示歸ー化的傳輸距離，μ表示光電探測(cè)器的響應(yīng)系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于調(diào)制不穩(wěn)定性的光纖型太赫茲波產(chǎn)生裝置及方法，利用光纖中的調(diào)制不穩(wěn)定性產(chǎn)生太赫茲波裝置包括單模激光器、相位調(diào)制器、微波源、強(qiáng)度調(diào)制器、光放大器、可調(diào)諧濾波器、光電探測(cè)器和天線，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，通過(guò)調(diào)節(jié)微波驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率能實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的太赫茲波的產(chǎn)生，大大降低了器件的帶寬要求，節(jié)約了系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)H01S1/02GK102544985SQ20111045672
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者文雙春, 李瑛 , 范滇元, 鄭之偉, 陸順斌 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)