光子噪声信号发生器及其信号发生方法与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及光子噪声信号发生器及其信号发生方法。

背景技术：

噪声发生器是一种能在特定频段内输出均匀连续、确定功率噪声的装置。因为噪声在电子器件和通信领域是最主要的干扰源，所以在雷达、通信等领域就成为了重要的测试仪器。随着雷达和无线通信技术的发展，对噪声发生器的要求也越来越高，需要高频率以及大带宽。

数字合成技术是利用dsp或fpga，通过线性同余法、移存器法等算法先产生一段伪随机数序列，再将伪随机数序列进行时域-频率映射转化为高斯白噪声，但是受限于器件的时钟频率，数字合成法产生的噪声频率一般低于ghz。

物理噪声源放大技术是通过对物理器件中的噪声放大与控制来构建噪声发生器，其主要器件有：电阻、饱和二极管、气体放电二极管、肖特基二极管、场效应晶体管等，但是同样地，其频率范围依然低于一些待测器件的工作频率。

用光子产生宽带噪声可突破电子带宽的瓶颈，日本电信株式会社(ntt)(ieeet.micro.theorytech.,56(12),2989-2997,2008.)对掺铒光纤放大器中放大的自发辐射(ase)噪声光谱进行滤波，通过光谱到频谱的光电转换，产生了均匀的微波电噪声，但是掺铒光纤放大器的ase光噪声功率低，经滤波后更难以实用。美国国家标准与技术研究院(nist)最早提出用混沌光产生白噪声的设想(j.appl.phys.,86(10),5794-5800,1999)，随后，日本明治大学用工作在混沌状态的锁相环产生了高功率的白混沌(ieeeiscas,usa,may27-30,201-204,2007)、圣彼得堡州立电工大学用混沌光电振荡环产生了白噪声(tech.phys.lett.,42(4),403-406,2016)，上海交大与西南大学合作利用fp激光器产生了带宽大于30ghz的平坦混沌噪声谱(ieeephoton.tech.lett.,29(17),1506-1509,2017)，太原理工大学利用两混沌激光器外差信号的概率分布、自相关曲线等提出宽带白混沌(ieeej.sel.top.quant.electron.,21(6),1800710,2015)。用宏观混沌振荡代替微观噪声可以产生大功率的白噪声，但存在噪声功率谱频谱范围窄的缺点。

综上所述，当前的噪声发生器主要存在带宽不够宽，超噪比较低等问题，比如用数字合成法产生的噪声频率一般低于ghz，物理噪声源放大存在需要制冷、体积庞大、输出功率小等问题，难以在实际中应用。光子方法产生的噪声信号如ase光谱滤波存在输出功率小的问题，用宏观混沌振荡代替微观噪声可以产生大功率白噪声，但是噪声功率谱频率范围窄，同时，噪声发生器的研制也存在极端现象：低频噪声发生器技术成熟，实现门槛低；毫米波段噪声发生器实现困难。

技术实现要素：

本发明为解决现有的噪声发生器存在噪声功率不足、噪声功率谱频谱范围窄的问题，提供了光子噪声信号发生器及其信号发生方法。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

一种光子噪声信号发生器，包括混沌激光器、光谱整形模块、光放大器、光衰减器和光电探测器，所述混沌激光器的输出端连接光谱整形模块的输入端，所述光谱整形模块的输出端连接光放大器的输入端，所述光放大器的输出端连接光衰减器的输入端，所述光衰减器的输出端连接光电探测器的输入端，所述光电探测器的输出端作为光子噪声信号发生器的输出端输出噪声信号。

上述方案中，采用混沌激光器作为光子噪声信号发生器的信号源，相较于电噪声发生器能够产生宽带噪声，另外相较于现有的ase放大，混沌激光器产生的信号幅度更大。

优选的，所述混沌激光器为光反馈半导体激光器。

优选的，所述混沌激光器为外部放置光反馈器的半导体激光器。

优选的，所述光反馈器用于增加外部扰动，所述半导体激光器输出的激光通过光反馈器反馈至半导体激光器中进行放大形成光振荡，并输出混沌光激光。

优选的，所述光谱整形模块为可编程光滤波器。

基于上述光子噪声信号发生器的光子噪声信号发生方法，所述混沌激光器输出混沌宽谱光并通过光纤进入所述光谱整形模块，所述光谱整形模块对混沌宽谱光进行光谱整形后输出宽谱噪声，所述宽谱噪声输入所述光放大器进行放大后通过光纤进入所述光衰减器，通过所述光衰减器对其光信号功率进行控制，所述光衰减器的输出通过金属波导进入光电探测器并进行光谱和电谱的转换从而输出微波电噪音。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明的光子噪声信号发生器利用混沌激光器作为信号源，相较于电噪声发生器能够产生宽带噪声，同时相较于ase放大的方式，混沌激光器产生的信号幅度更大，其产生宽谱的混沌信号，带宽可达几十吉赫到一百吉赫，解决了当前噪声发生器带宽不够宽的问题。

另外，由光谱整形器将混沌信号整形为平坦、对称的白噪声信号，使得信号更加符合高斯白噪声，是更为理想的光谱。

再者，光信号经过光衰减器和光电探测器后转化为可控电信号，使得输出的噪声信号幅度连续可调，使得本发明的光子噪声信号发生器更易于实际使用，具有更好的实用性。

附图说明

图1为本发明的模块示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种光子噪声信号发生器，包括混沌激光器1、光谱整形模块2、光放大器3、光衰减器4和光电探测器5，所述混沌激光器1的输出端连接光谱整形模块2的输入端，所述光谱整形模块2的输出端连接光放大器3的输入端，所述光放大器3的输出端连接光衰减器4的输入端，所述光衰减器4的输出端连接光电探测器5的输入端，所述光电探测器5的输出端作为光子噪声信号发生器的输出端输出噪声信号。

其中，所述混沌激光器1为光反馈半导体激光器，其通过在半导体激光器的外部放置光反馈器，增加一个自由度，即外部扰动，使得半导体激光器的输出通过光反馈器反馈到半导体激光器中进行放大形成光振荡，从而产生混沌输出，即混沌激光源。其中，所述光谱整形模块2为可编程光滤波器。

本实施例1提供的光子噪声信号发生器的工作原理如下：

所述混沌激光器1输出混沌宽谱光并通过光纤进入所述光谱整形模块2，所述光谱整形模块2对混沌宽谱光进行光谱整形，使得混沌宽谱光的谱宽加宽，并使得噪声普更为平坦，但是由于光谱整形后的光谱能量较低，因此将光谱整形模块2输出的宽谱噪声输入所述光放大器3进行放大，放大后的输出通过光纤进入所述光衰减器4，通过所述光衰减器4对传输光功率的衰减实现精确控制光信号功率，最后光衰减器4的输出通过金属波导进入光电探测器5并进行光谱和电谱的转换从而输出微波电噪音。

本实施例1的光子噪声信号发生器由于利用混沌激光产生宽谱的混沌信号，以此作为噪声信号发生器的信号源，保证了谱宽以及相对于ase光源的大幅度，其次利用光谱整形模块2对混沌信号进行整形得到宽带噪声信号，使得信号更加符合高斯白噪声，光谱平坦且更加理想，最后通过光放大器3和光滤波器实现噪声信号幅度连续可调。该光子噪声信号发生器产生宽谱的混沌信号，带宽可达几十吉赫到一百吉赫，解决了当前噪声发生器带宽不够宽的问题。

实施例2

本实施例2提供了一种基于上述实施例1光子噪声信号发生器的光子信号发生方法：所述混沌激光器1输出混沌宽谱光并通过光纤进入所述光谱整形模块2，所述光谱整形模块2对混沌宽谱光进行光谱整形后输出宽谱噪声，所述宽谱噪声输入所述光放大器3进行放大后通过光纤进入所述光衰减器4，通过所述光衰减器4对其光信号功率进行控制，所述光衰减器4的输出通过金属波导进入光电探测器5并进行光谱和电谱的转换从而输出微波电噪音。

另外，以上实施例中所使用的各个组成部件均可采用市面上的商用产品，本发明旨在保护它们的连接关系及其实现原理，因此并未对每个产品本身的型号等进行限定。

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。