专利名称：基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生装置及方法
技术领域：
本发明涉及微波光子学领域中光生太赫兹波技木，具体是ー种基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生装置及方法。
背景技术：
目前处于微波频段与光波频段之中的太赫兹频段，受到众多科研机构和公司的关注。而在0. 1-0. 3THZ频段的太赫兹波由于在大气传输损耗相对较小和产生功率相对较高， 在高速无线通信、军用雷达、成像等应用领域有巨大的发展潜力，是ー个非常热门的新兴研究领域。由于在此频段更靠近微波频段，目前较常采用电子学技术产生太赫兹波，比如电子激光器，电子固态源等。但由于电子瓶颈的限制，随着输出频段的提高，电子学系统的复杂度和成本增加显著，阻碍着太赫兹技术的进ー步发展和应用。微波光子学是微波与光子学相结合的研究領域。其中基于光子学产生太赫兹彼是其中ー个重要的研究方向，通过结合光频段的高带宽和成熟的光通信器件的优势，能够显著改善太赫兹系统受电子器件带宽和系统成本限制的局面。目前光生太赫兹波较为常用的是采用外部调制的技木，利用强度调制器产生新的相干的光边带来实现光倍频，其边带频差可以达到太赫兹量级，再通过光电转换产生太赫兹波信号，通过这种方式产生的太赫兹波信噪比较高，性能稳定。但单个商用的强度调制器的非线性响应效率有限，一般较适合产生一阶光边帯，实现光二倍频，由于产生高阶光边带转换效率较低，倍频数低，只能减少ー 半的器件带宽需求，此种方法太赫兹系统成本较为昂贵，不利于实用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供ー种基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生装置及方法，有效地提高光生太赫兹波技术中的光倍频倍数，大大降低系统器件的要求，减少系统成本。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生装置，包括单模激光器、相位调制器、强度调制器、光放大器、可调谐滤波器、 光电探测器和天线，单模激光器、相位调制器、强度调制器、光放大器依次连接，光放大器通过单模光纤与可调谐滤波器连接，可调谐滤波器、光电探测器、天线依次连接，强度调制器与微波源连接。所述单模激光器为分布反馈式激光器，光放大器为掺铒光纤放大器。与上述装置相应的，本发明还提出了基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生方法，其包括如下基本步骤1)利用单模激光器产生ー个波长为1550nm的连续光信号，经所述的相位调制器对光信号频谱进行展宽。2)采用ー个可调谐输出10-30GHZ频率的微波源，将该微波频率信号与经所述相位调制器展宽后的连续的光信号一并输入强度调制器，以驱动该强度调制器输出两个ー阶边带和中心载波的双边带调制的光信号；3)将所述强度调制器输出的光信号输入至所述光纤放大器，功率放大至0. 45W。2)所述的光纤放大器的输出放大后的光信号，输入至5公里长的单模光纤进行传输，产生新的ニ到五阶边帯，所述产生的新边带之间的频率间隔等于驱动的微波频率。3)单模光纤的输出信号进入可调谐滤波器进行滤波，滤出两个五阶边带；4)将得到的光五阶边带通过ー个光电探测器进行拍频，产生太赫兹波电信号，由天线发射出太赫兹波。本发明针对单个商用强度调制器产生高阶光边带的效率较低，难以实现高光倍频产生太赫兹波的问题，将强度调制器输出的双边带信号经光功率放大器放大后，接入5km 长的单模光纤，利用光纤中的调制不稳定性效应产生信噪比高达30dB的五阶光边帯。再通过光电探測器拍频和天线发射得到高信噪比的太赫兹波。该方案结构简单紧凑，通过调节强度调制器的微波驱动信号的频率能够产生可调谐的太赫兹波，且大大降低了器件的带宽要求，节约了系统的成本。
图1为本发明一实施例基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生装置结构示意图；其中1 分布反馈式激光器(DFB-LD) ；2 相位调制器；3 强度调制器；4 微波源；5 掺铒光纤放大器(EDFA) ；6 单模光纤(SMF) ；7 可调谐滤波器；8 光电探测器(PD) ；9 天线； 10 太赫兹波。
具体实施例方式如图1所示，本发明一实施例装置包括分布反馈式激光器1、相位调制器2、强度调制器3、微波源4、掺铒光纤放大器5、单模光纤6、可调谐滤波器7、光电探测器8和天线9，所述反馈式激光器1输出连续光信号输入到相位调制器2，所述相位调制器对其连续光线宽进行展宽后，其与微波源4输出的微波驱动信号一并作为强度调制器3的输入信号，所述强度调制器3输出含有中心载波和两个ー阶边带的光双边带信号，再经掺铒光纤放大器5放大后，输入到单模光纤(SMF)，上述单模光纤传输后产生新的ニ阶、三阶、四阶、五阶光信号， 再经可调谐光滤波器7，输出只含有五阶光信号作为光电探測器8的输入信号，所述光电探测器8的输出信号最后接入天线9，输出太赫兹波10。上述各个模块的具体说明如下所述分布反馈式激光器1，用于产生指定窄线宽的光载波信号；相位调制器2，对窄线宽的光信号进行展宽，以抑制光纤中的布里渊散射效应；强度调制器3，用于对指定光载波信号进行双边带调制，产生两个ー阶边带信号， 以作为下阶段光纤中调制不稳定的调制信号；微波源4 用于产生可调谐10 30GHz频率的微波源信号；掺铒光纤放大器5，对光双边带信号的进行功率放大；单模光纤6，用于对ー阶边带信号产生调制不稳定性，以产生高阶光边带；
可调谐滤波器7，用于保留调制不稳定性产生的两个光五阶边带信号，滤除其它边带和中心载波光信号；光电探测器8，用于对两个五阶光信号的进行拍频产生太赫兹电信号；天线9，将太赫兹电信号以电磁波形式发射出去。太赫兹波10，产生的太赫兹波。利用单模激光器1产生ー个连续的光信号，经过ー个相位调制器2对光信号线宽进行展宽。采用ー个可调谐输出10-30GHZ频率的微波源4，与经相位调制器展宽后的连续的光信号一并输入到ー个强度调制器，以驱动该强度调制器产生含有两个ー阶边带和中心载波的双边带调制的光信号；将所述强度调制器输出的光信号输入至所述掺铒光纤放大器 (EDFA) 5，功率放大至0. 45W。所述的EDFA的输出光信号经过放大后，输入至单模光纤6，经过5公里的光纤传输，产生新的一系列高阶光边帯，所述产生的新边带之间的频率间隔等于驱动的微波频率。单模光纤的输出信号进入可调谐滤波器7进行滤波，只得到两个光五阶边带；将得到的光五阶边带通过ー个光电探测器8进行拍频，产生高频率的太赫兹波电信号，由天线9发射出太赫兹波10。本发明的工作原理及过程是由单模激光器产生ー个连续光信号も= Ecos (ω。t)，波长为1550nm，作为光载波，先经相位调制器将其线宽进行展宽，可以有效抑制光纤中布里渊散射效应，再将微波信号Ekf(t) =VfeCOS (ωEFt)驱动强度调制器，并调制在光载波上就可以产生光双边带调制信号，即ー个光载波和两个ー阶边带光信号，表达式可为
权利要求
1.ー种基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生装置，包括单模激光器、相位调制器、 微波源、强度调制器、光放大器、可调谐滤波器、光电探测器和天线，其特征在干，单模激光器、相位调制器、强度调制器、光放大器依次连接，光放大器通过单模光纤与可调谐滤波器连接，可调谐滤波器、光电探测器、天线依次连接，强度调制器与微波源连接。
2.根据权利要求1所述的基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生装置，其特征在干，所述单模激光器为分布反馈式激光器，光放大器为掺铒光纤放大器。
3.ー种基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生方法，其特征在于，该方法的步骤为1)利用单模激光器产生ー个连续的光信号，输入到相位调制器，对连续光信号的线宽进行展宽；2)将相位调制器输出的光信号与微波源产生的微波信号一并输入到强度调制器，产生两个ー阶边带信号的双边带调制器信号；3)将双边带调制器信号输入光放大器并放大通过单模光纤传输，产生两个五阶边带信号；4)用可调光谐滤波器对五阶边带信号滤波，选取两个频率差为十倍于微波信号的五阶边带；5)将两个五阶边带通过光电探測器进行拍频，产生太赫兹波电信号，再由天线发射出太赫兹波。
4.根据权利要求3所述的基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生方法，其特征在干，所述步骤1)中，光信号も的表达式为=Eci = Ec0s(Coet)其波长为1550nm;其中ω。为光载波频率，E表示光载波的振幅。
5.根据权利要求3所述的基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生方法，其特征在干，所述步骤幻中，双边带调制器信号^isb的表达式为
6.根据权利要求3所述的基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生方法，其特征在干，所述步骤幻中，光放大器将强度调制器的输出信号放大到0. 45W。
7.根据权利要求3所述的基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生方法，其特征在干，所述步骤3)中，五阶边带信号的信噪比>30dB。
8.根据权利要求3所述的基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生方法，其特征在干，所述步骤5)中，太赫兹波电信号E。ut的表达式为E。ut= μ ·Α5(ξ) .cos(10 EFt)；其中An( ξ)表示光η阶边带随光纤传输距离的变化，ξ表示归ー化的传输距离，μ表示光电探测器的响应系数。
全文摘要
本发明公开了一种基于调制不稳定性的光纤型太赫兹波产生装置及方法，利用光纤中的调制不稳定性产生太赫兹波装置包括单模激光器、相位调制器、微波源、强度调制器、光放大器、可调谐滤波器、光电探测器和天线，本发明的装置结构简单紧凑，通过调节微波驱动信号的频率能实现可调谐的太赫兹波的产生，大大降低了器件的带宽要求，节约了系统的成本。
文档编号H01S1/02GK102544985SQ20111045672
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者文双春, 李瑛 , 范滇元, 郑之伟, 陆顺斌 申请人:湖南大学