CN105977767A - 基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统 - Google Patents

基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，包括光反馈调制增益均衡单元、纵模选择单元、环形谐振腔单元和混频单元；所述光反馈调制增益均衡单元与纵模选择单元的一端相连，纵模选择单元的另一端与环形谐振腔单元相连，环形谐振腔单元的输出端与混频单元相连，环形谐振腔单元的输入端还连接泵浦光源。本发明将光反馈技术引入到光生太赫兹波系统中，能够实现低相位噪声、高性能、高效率、超窄线宽、超宽带太赫兹波的发生；系统开发成本低、信号谱纯度高、可调谐范围大，无需在系统中引入空间烧孔、偏振烧孔、及非线性效应等复杂机制。

Description

基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统
技术领域
本发明属于光生太赫兹波技术领域，具体涉及一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统。
背景技术
传统的连续太赫兹波源产生技术包括基于电子束产生技术、光泵浦远红外气体激光器、固态辐射源、频率倍频、太赫兹半导体激光器、太赫兹参量振荡和光混频等方式。其中光混频产生太赫兹波是一种光学外差配置方案，是利用两束光激励光电导材料，产生一个光生电流，该电流的频率等于两束光的频率之差，即太赫兹电流，将产生的太赫兹电流耦合到传输线电路或天线结构即可向空间辐射传输太赫兹波，利用光混频技术产生太赫兹波是所有相干太赫兹波源中调谐范围最大的产生方法，且可以工作在室温条件下，并且具有功耗低、体积小、结构紧凑易于集成等诸多特点，而这些特点恰恰是实现未来短距离太赫兹通信和空间卫星间通信所必需的。在光混频太赫兹波辐射技术方面，近年来Sato等以光栅耦合的方法通过差频方法产生了太赫兹辐射，从而解决了银酸锂晶体输出太赫兹辐射的困难；Gregory等搭建了一个信噪比的动态范围高达60dB，辐射频率在0.53THz的连续太赫兹系统。但目前的光混频太赫兹波辐射技术尚未解决覆盖0.1-3THz整个频段的太赫兹波连续可调产生，因此需要发明一种系统，其能够针对在0.1-3THz整个频段的太赫兹波连续可调的产生，为超宽带范围太赫兹产生系统的开发和应用提供可能。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提出一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，以实现超宽带可调太赫兹波信号的发生。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，包括光反馈调制增益均衡单元、纵模选择单元、环形谐振腔单元和混频单元；所述光反馈调制增益均衡单元与纵模选择单元的一端相连，纵模选择单元的另一端与环形谐振腔单元相连，环形谐振腔单元的输出端与混频单元相连，环形谐振腔单元的输入端用于连接泵浦光源。
进一步地，所述环形谐振腔单元包括波分复用器、掺铒光纤、光环形器、第一光耦合器，所述波分复用器的输出端与掺铒光纤的一端相连，输入端分别与泵浦光源和光环形器的第三端口相连，掺饵光纤的另一端和光环形器的第一端口均与第一光耦合器相连。
进一步地，所述纵模选择单元包括未抽运掺饵光纤、第二光耦合器，所述未抽运掺饵光纤的一端与光环形器的第二端口相连，未抽运掺饵光纤的另一端与第二光耦合器相连。
进一步地，所述未抽运掺饵光纤的掺杂浓度为5.4×1024m-3。
进一步地，所述光反馈调制增益均衡单元包括第一光反馈结构和第二光反馈结构，第一光反馈结构和第二光反馈结构均与第二光耦器相连；所述第一光反馈结构包括顺次相连的一组固定波长光纤光栅和第一反馈靶面，所述第二光反馈结构包括顺次相连的一组可调光纤光栅和第二反馈靶面。
进一步地，所述混频单元包括光电探测器，其与第一光耦合器的输出端相连。
本发明的有益效果：
本发明的基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，即利用光反馈效应实现单纵模双波长光纤激光器增益均衡，解决超宽带范围内任意频率间隔的双波长振荡模式竞争问题，并以光混频实现超宽带太赫兹波信号发生。利用基于光反馈调制增益均衡技术在实现抑制模式竞争方面具有一定的优势，其无需在系统中引入空间烧孔、偏振烧孔、及非线性效应等复杂机制，使得光纤环形激光在所需宽带范围内双波长间任意频率间隔与对应增益损耗能够相互匹配,从而通过混频实现超宽带连续可调的毫米波信号发生。利用基于光反馈调制增益均衡实现光混频太赫兹波发生技术与传统方案相比，其优点包括：(1)所产生的太赫兹波源频率稳定且可以实现超宽带；(2)产生的太赫兹波相对效率较高；(3)系统抗电子干扰能力强。
本发明利用一饱和吸收体结构实现纵模选择；利用一光反馈结构实现可调超宽带范围频率间隔的双波长增益损耗均衡；利用一环形器将饱和吸收体及光反馈结构引入掺铒光纤环形谐振腔内实现单激光器双波长单纵模振荡；利用一混频器实现太赫兹波信号发生。该系统为全光结构，无电控器件，具有传输损耗小、抗电磁干扰能力强、结构简单成本低、可实现超宽带等优势，能有效地解决0.1THz-3THz甚至更高频段太赫兹辐射源这一技术难题，满足超宽带太赫兹波源所要求的可调谐范围宽、线宽窄的技术指标。
本发明中的系统结构简单、成本低、超宽带，同时，本发明将光反馈技术引入到光生太赫兹波系统中，能够实现低相位噪声、高性能、高效率、超窄线宽、超宽带太赫兹波的发生；系统开发成本低、信号谱纯度高、可调谐范围大，无需在系统中引入空间烧孔、偏振烧孔、及非线性效应等复杂机制；且由于超宽带范围内任意频率间隔连续可调，系统通过反馈技术调制相应增益均衡，激光器双波长输出在混频后可得到0.1THz-3THz甚至更高频段的超宽带太赫兹波信号发生，在太赫兹波产生、成像、生物化学领域、及通信技术等方面有着广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，包括光反馈调制增益均衡单元、纵模选择单元、环形谐振腔单元和混频单元；所述光反馈调制增益均衡单元与纵模选择单元的一端相连，纵模选择单元的另一端与环形谐振腔单元相连，环形谐振腔单元的输出端与混频单元相连，环形谐振腔单元的输入端还连接光源。
进一步地，所述环形谐振腔单元包括波分复用器1、掺铒光纤2、光环形器3、第一光耦合器4，所述波分复用器1的输出端分别与掺铒光纤2的一端和光环形器3的第一端口相连，掺饵光纤2的另一端和光环形器3的第三端口均与第一光耦合器4的输入端相连。
进一步地，所述纵模选择单元包括未抽运掺饵光纤6、第二光耦合器7，所述未抽运掺饵光纤6的一端与光环形器3的第二端口相连，未抽运掺饵光纤6的另一端与第二光耦合器7的输出端相连。
进一步地，所述未抽运掺饵光纤6的掺杂浓度为5.4×1024m-3。
进一步地，所述光反馈调制增益均衡单元包括第一光反馈结构8和第二光反馈结构9，第一光反馈结构和第二光反馈结构均与第二光耦器相连；所述第一光反馈结构包括顺次相连的一组固定波长光纤光栅和第一反馈靶面，所述第二光反馈结构包括顺次相连的一组可调光纤光栅和第二反馈靶面。
进一步地，所述混频单元包括光电探测器，其与第一光耦合器的输出端相连。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，请参照图1，该系统包括：一980/1550nm波分复用器1，一掺铒光纤2，一1550nm光环形器3，一1550nm(1×2)3dB第一光耦合器4，一980nm泵浦光源、一未抽运掺铒光纤6，一1550nm(1×2)3dB第二光耦合器7，一组由固定中心波长为1550nm的光纤光栅、光反馈靶构成的第一光反馈结构8，一组由可调波长光纤光栅、光反馈靶构成的第二光反馈结构9，一光电探测器10。
以下分别对本实施例基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统的各个组成部分进行详细的说明。
980nm泵浦光源5出射980nm泵浦信号，通过980/1550nm波分复用器1接入环形谐振腔内，环形谐振腔由掺铒光纤2、光环行器3、第一光耦合器4组成。掺铒光纤2固定在环形结构的谐振腔内，在泵浦光源激射下产生1550nm信号。
未抽运掺饵光纤6与光环形器3的②口连接引入掺铒光纤环形谐振腔单元，1550nm(1×2)3dB光耦合器7的②、③口分别与光反馈调制增益均衡单元的两组光反馈单元相连。未抽运掺饵光纤6在同频光波形成驻波干涉后相当于一自写入光栅，具有追踪反射波长的特性，当其带宽小于激光器纵模间隔时，即可实现单纵模振荡。当由第二光耦合器7引入的光反馈调制增益均衡单元确定的两振荡波长经由反射进入未抽运掺饵光纤6中时，与同频率信号干涉形成两个独立的窄带光栅，获得双波长单纵模同时振荡。
固定中心波长1550nm的光纤光栅及第一反馈靶面构成的第一光反馈结构8由纵模选择单元中第二光耦合器7的②口引入环形谐振腔单元，可调光纤光栅及第二光反馈靶构成的第二光反馈结构9由纵模选择单元中光耦合器7的③口引入环形谐振腔单元。通过调制可调光纤光栅中心波长范围由1526.33nm-1549.17nm，可实现其与固定波长光纤光栅中心波长1550nm间超宽带范围频率间隔连续可调，即实现频率间隔在0.1-3THz范围内连续可调；通过控制两反馈靶与光纤端面构成的反馈腔长及反射靶面反射强度，分别调制两路反馈引起的损耗，实现环形谐振腔内超宽带范围频率间隔的双波长损耗匹配，满足增益均衡条件，得到稳定的0.1-3THz范围内连续频率间隔的双波长信号输出，同时引入的光反馈效应实现激射波长线宽压榨，获得超窄线宽。
环形谐振腔出射的双波长单纵模信号经由第一光耦合器4出射至光电探测器10，用于双波长信号混频，由可调光纤光栅中心波长在1526.33nm至1549.17nm内变化得到对应波长信号出射，与由固定波长光纤光栅1550nm得到的信号出射进行混频，即可得到0.1-3THz范围内太赫兹波信号发生，由于可调光纤光栅中心波长连续可调，混频后产生的太赫兹波在0.1-3THz范围内亦连续可调。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，其特征在于：包括光反馈调制增益均衡单元、纵模选择单元、环形谐振腔单元和混频单元；所述光反馈调制增益均衡单元与纵模选择单元的一端相连，纵模选择单元的另一端与环形谐振腔单元相连，环形谐振腔单元的输出端与混频单元相连，环形谐振腔单元的输入端还连接泵浦光源。
2.根据权利要求1所述的一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，其特征在于：所述环形谐振腔单元包括波分复用器、掺铒光纤、光环形器、第一光耦合器，所述波分复用器的输出端与掺铒光纤的一端相连，输入端分别与泵浦光源和光环形器的第三端口相连，掺饵光纤的另一端和光环形器的第一端口均与第一光耦合器相连。
3.根据权利要求2所述的一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，其特征在于：所述纵模选择单元包括未抽运掺饵光纤、第二光耦合器，所述未抽运掺饵光纤的一端与光环形器的第二端口相连，未抽运掺饵光纤的另一端与第二光耦合器相连。
4.根据权利要求3所述的一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，其特征在于：所述未抽运掺饵光纤的掺杂浓度为5.4×1024m-3。
5.根据权利要求3所述的一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，其特征在于：所述光反馈调制增益均衡单元包括第一光反馈结构和第二光反馈结构，第一光反馈结构和第二光反馈结构均与第二光耦器相连；所述第一光反馈结构包括顺次相连的一组固定波长光纤光栅和第一反馈靶面，所述第二光反馈结构包括顺次相连的一组可调光纤光栅和第二反馈靶面。
6.根据权利要求5所述的一种基于光反馈调制增益均衡的超宽带可调太赫兹波源系统，其特征在于：所述混频单元包括光电探测器，其与第一光耦合器的输出端相连。
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