CN102007713B - 用于处理太拉赫波的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理收到电磁辐射(1)的方法，该电磁辐射(1)具有频率范围在0.1太拉赫与10太拉赫之间的多个载波并具有调制到这些载波上的信号频率小于50GHz尤其小于1GHz的信息，其中借助能在从0.1太拉赫到10太拉赫的频率范围内调谐的滤波器来从收到辐射(1)滤出个体的载波作为太拉赫信号，并且其中该滤出的太拉赫信号被提供给对该信号频率敏感的检测方法。

Description

用于处理太拉赫波的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于处理收到电磁辐射的方法，该电磁辐射具有频率范围在0.1太拉赫(teraherz)与10太拉赫之间的多个载波并具有调制到这些载波上的信号频率小于50GHz尤其小于1GHz的信息。本发明还涉及一种用于实现该方法的接收机设备。
背景技术
自从大约100年前开始采用用于无线数据传输的首个技术以来，可供传输的带宽已持续增长。如已知的那样，可用于传输的频带宽度取决于载波频率，从而随着频率增大，可用的传输带宽也增大。如今，使用从数千赫至数千兆赫范围内的载波频率。因此，所谓的“无线HD”工作在60GHz载波频率和4Gb/s带宽下。为了能够获得10Gb/s和更高范围内的数据率，将来还要将太拉赫范围内的波用作载波。
借助此类太拉赫波的数据传输的问题在于，电子电路由于自由电子和空穴的寿命而限于小于100GHz＝0.1THz的处理速度，并且因此不被考虑用于处理前述太拉赫范围内的这样高的频率。取而代之的是，光学方法是已知的，其大部分采用混频以从可见光范围达到所述的太拉赫范围。这些方法相对而言较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于创生一种方法，用该方法能够处理包含多个太拉赫波或信道的收到电磁辐射，以使得信号频率能够由简单的检测器来接收并处理。本发明的另一目的在于创生一种用于实现该方法的接收设备。
这些目的是通过具有权利要求1的特征的方法和根据权利要求8的接收设备来达成的。在适用的从属权利要求中陈述本发明的有利的实施例。
本发明的重要的基本思想在于可在0.1太拉赫与10太拉赫之间的频率范围内调谐的滤波器，用该滤波器来从所有存在于空间内的并且可用于数据传输的太拉赫范围内的载波或信道中精确地滤出随后可用下游设备进一步处理的一个载波是可能的。首先，该可调谐滤波器由此提供了在可能存在的许多传输信道中精确地选择一个特定的传输信道的可能性。在这点上，该可调谐滤波器可以借助两个不同的概念来实现：
在一个第一实施例中，在该滤波器中生成频率可在从0.1太拉赫到10太拉赫的频率范围内调谐的参考波。此波被调谐至待接收的载波或者信道的频率，其中该调谐是通过以下方式进行的：在频率上通过混频，尤其是通过差频混频来解调该参考波和这些载波，以使得在解调之后仅留下经调制的信号频率。此频率可以随后在相对简单的用于检测此类频率的尤其采用电子电路的设备中来检查。
该具有频率ωTHz，参考的可调谐参考波本身可以通过从频率为ω可见，1和ω可见，2的两个波的混频来生成。有了此参考波，在实效上通过采样谐振的存在来检查抵达的太拉赫范围内的电磁辐射ωTHz，信号。为此目的，对频率ωTHz，参考和ωTHz，信号执行另一混频。在检测到谐振时，即在ωTHz，参考和ωTHz，信号相等时，仅留下可电子地处理的信号频率作为差频信号。在某种程度上，这些谐振由此表示具有载波频率ωTHz+M xω1的个体传输信道，其中ωTHz表示太拉赫波的基频，ω1表示两个信道之间的频率间隔，并且M表示信道号，其中M取1与N之间的值，并且N是信道的总数。
这种处理方式可以与被调谐成用于接收载波频率并能够随后接收调制到此载波频率上的信号以及转换这些信号以供输出的无线电接收机的原理相比较。以根据本发明的这种方式，可以为太拉赫波的选择性接收创生一种简单设计的且相应经济的接收机。
在这点上，在特定的实施例中，可以借助由光学装置生成的具有大于0.1THz的频率的基波与由电子装置生成的小于0.1THz的频率范围内的补偿波的混频来生成参考波。进而使用混频装置来组合该基波与补偿波以形成参考波。此实施例可以是有利的，因为使用电子装置来生成并控制补偿波的频率有时更为简单。
因此，生成频率为ωTHz的基波，而电子地调整频率为N xω1的补偿波。例如，电子本机振荡器可以生成频率为M xω1的补偿电信号，该补偿电信号被添加至可光学地生成的基波的频率并且随后被用于差频生成。那么，剩余的相对低频的振幅调制就是来自信道M的信息。即使振幅调制不存在，在调制频率、相位和/或极性的其他调制方法下，仅信号分析的末个步骤是不同的。ω1的典型值为100MHz，而N的典型值为128。
在另一个第二实施例中，创生出一种用于太拉赫光的光学滤波器，该光学滤波器选择一个太拉赫波。为此目的，从存在的频谱一次提取一个载波的可调谐法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振器被用作滤波器。随后，使用适宜的太拉赫检测器来检测此波。在示例实施例中详细描述法布里-珀罗谐振器和由此实现的本发明滤波器的操作方法。
附图文字：
以下参照图1和图2来解释根据本发明的方法。它们示出：
图1示出了具有可调谐太拉赫本机振荡器的设备；以及
图2示出了法布里-珀罗干涉仪。
具体实施方式
图1中示出了所提及的用于处理电磁辐射的第一方法。此辐射包括从0.1太拉赫到10太拉赫的频率范围内的多个载波以及调制到这些载波中的每个载波上的具有小于50GHz的信号频率的信息。在所有这些频率中有一个频率为ωTHz，信号的信号辐射1，接收机要被选择性地调整到该频率。
对于这个选择性的调整而言，本发明的方法首先采用两个分布式反馈激光器(DFB激光器)2和3，用这两个DFB激光器来实现可调谐太拉赫本机振荡器。这两个DFB激光器被用来生成具有频率ω可见，1和ω可见，2的两个激光束，其中通过改变这些激光器的温度来改动这些频率。在模块4中，这两个激光束经受第一差频混频，从而导致具有频率ωTHz+M xω1的参考波5。参考波5的频率在从0.1太拉赫到10太拉赫的范围内。从例如借助DFB激光器光学地生成的基波与电子地生成的补偿波的混频来生成该参考波也是可能的。
接下来，参考波5与信号辐射1一起被提供给第二差频混频6，其中混合辐射7由未示出的检测器接收。如果载波的频率ωTHz，信号恰好匹配于信道M的频率，由此等于ωTHz+M xω1，那么仅留下调制到信号辐射1上的信号频率。因此，从信号辐射1减去参考波的频率ωTHz+M xω1以获得信道号为M的信号信道7。此信号信道随后由对信号频率敏感的检测方法检测为信号。
替换地，DFB激光器2和3与混频器4的组合还可以生成频率为ωTHz的太拉赫波。在混频器6之后，频率ω1、2xω1、…、N xω1随后存在于信号信道7中。如果选取N和ω1以使得频率N xω1仍可被电子地处理，那么未示出的检测电子装置可以读取来自个体的M个信道的信息。
在此上下文中，从例如J.Mangeny、A.Merigault、N.Zerounian、P.Crozat、K.Blary和J.F.Lampin所著的Applied Physics Letters(应用物理学快报)91，241102(2007)中已知将来自两个激光二极管的光相组合以创生太拉赫光并且例如在无线电天文学中采用该组合来解调来自太空的太拉赫波。然而，在那里存在连续的输入频谱。与之对比，本发明方法的目的是精确地达到频率ωTHz+M xω1。另外，太拉赫信号1传送的N个信道中的每个信道可拥有关于其信道号的信息。此举使接收机不必通过独立的测量来确定激光器的绝对差频，这代表了显著的简化。
图2中所示的用于滤除太拉赫波的第二设备利用从光学器件中已知的法布里-珀罗干涉仪。此法布里-珀罗干涉仪具有两个镜子8和9，其中的一个镜子9被安装在平移器(双箭头10)上，以使得镜子8与9之间的间隔可被改变。然而，只有当这两个镜子8和9的间距是太拉赫波11的半波长的整数部时，要由接收机分析的太拉赫波11才能通过这两个镜子8和9。所有其他载波频率则被该设备反射。如果镜子8和9具有足够高的反射率以使得布里-珀罗谐振器的选择性要好于两个太拉赫信道的频率间隔，那么此条件一次仅满足一个频率信道。所获得的关于信道M的信号12可以随后被提供给太拉赫检测器13。此检测器可以由光源、和频混频、以及半导体检测器构成。替换地，所谓的光混频器可被用作检测器。
与图1中所示的安排形成对比，实际的太拉赫波并不在此处解调，从而需要能够直接检测该太拉赫波的检测器。基于热原理(Golay cells(戈莱盒)，辐射热测定器)的检测器太慢以致于不能准许高带宽数据传输。以上所描述的关于太拉赫检测器的实施例解决了这个问题，因为最后使用半导体检测器。如已知的那样，此类检测器具有高检测带宽；可以容易地达到最大40GHz。
同样在这种情形中，如果每个信道包含整合在数据流中的并指定信道号或信道频率的标识信号，那么这可以有利的。如果接收机不拥有必需的绝对频率准确性，那么可以在扫描频率时借助此信号来明确地标识合意信道。
适用于所述类型的电磁辐射的接收设备由此包括可在0.1太拉赫与10太拉赫之间的频率范围内调谐的、尤其是可调谐太拉赫本机振荡器或布里-珀罗干涉仪形式的滤波器模块以及位于该滤波器模块之后的对信号频率敏感的检测器。

Claims (10)

1.一种用于处理收到电磁辐射（1）的方法，所述电磁辐射（1）具有频率范围在0.1太拉赫与10太拉赫之间的多个载波并具有调制到所述载波上的信号频率小于50GHz的信息，
其特征在于，
借助能在从0.1太拉赫到10太拉赫的频率范围内调谐的滤波器，从所述收到电磁辐射（1）滤出所述载波中的单个载波作为太拉赫信号，其中所述滤出的太拉赫信号被提供给对所述信号频率敏感的检测方法；
所述滤波器具有生成从0.1太拉赫到10太拉赫的频率范围内的参考波（5）的可调谐太拉赫源，其中从所述参考波（5）和所述电磁辐射（1）生成差频波（7）并且所述差频波（7）被提供给解调方法。
2.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述信号频率小于1GHz。
3.如权利要求2所述的方法，
其特征在于，
所述参考波（5）是借助由光学装置生成的基波与由电子装置生成的补偿波的混频生成的。
4.如权利要求2或3所述的方法，
其特征在于，
所述基波或所述参考波是通过生成两个激光器的信号的差频来生成的。
5.如权利要求4所述的方法，
其特征在于，
所述两个激光器是两个半导体激光器（2，3）。
6.如权利要求4所述的方法，
其特征在于，
所述基波或所述参考波是通过生成在不同的可调整温度下工作的两个分布式反馈激光器（2，3）的信号的差频来生成的。
7.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述滤波器具有可调谐布里－珀罗谐振器，其中通过所述布里－珀罗谐振器的所述太拉赫信号被递送给所述检测方法。
8.根据权利要求1-3和7中任一项所述的方法，
其特征在于，
进一步包括，用标识符来标识至少一个数据信道。
9.一种用于接收电磁辐射（1）的接收设备，所述电磁辐射具有从0.1太拉赫到10太拉赫的频率范围内的多个载波，所述载波调制有信号频率小于50GHz的信息，
其特征在于，
能在0.1太拉赫与10太拉赫之间的频率范围内调谐的滤波器模块，以及位于所述滤波器模块之后的对所述信号频率敏感的检测器；
所述滤波器模块具有生成从0.1太拉赫到10太拉赫的频率范围内的参考波（5）的可调谐太拉赫源，其中从所述参考波（5）和所述电磁辐射（1）生成差频波（7）并且所述差频波（7）被提供给所述检测器。
10.如权利要求9所述的接收设备，
其特征在于，
所述载波调制有信号频率小于1GHz的信息。
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