CN108712214B - 一种可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置，其特征在于，包括：光频梳产生模块，产生光频梳；可编程光处理器，与所述光频梳产生模块连接，对产生的光频梳进行频率滤波，生成多路输出，每路输出包括单波长光本振和多波长光载波信号；调制器，设置在每路输出光路上，将基带信号调制到多波长光载波信号上；光电探测器，与每个调制器连接，对调制器输出的信号进行作用，产生多频段的太赫兹脉冲；所述太赫兹脉冲的中心频率由每路输出的单波长光本振和多波长基带光载波的中心波长差决定；所述太赫兹脉冲的周期由调制器实现的基带调制控制；所述太赫兹脉冲的宽度和时间间隔由多波长基带光载波的波长数量和间隔控制。

Description

一种可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置
技术领域
本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于光频梳的可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置。
背景技术
随着现代社会的发展，通信数据量呈指数型增长，目前的无线通信系统的频谱资源已经不能满足超高速无线通信的需求，近年来太赫兹通信受到广泛重视。太赫兹频段通常指0.3～10THz，通信带宽远大于微波波段，基于光电方式的太赫兹通信系统可以实现几百吉比特(Gbps)的通信速率。
太赫兹通信的方法主要有连续太赫兹载波调制和太赫兹脉冲调制。连续太赫兹波载波一般采用光外差混频(photo-mixing)两路连续激光的方式产生，通过调制其中一路连续激光实现太赫兹通信信号的调制。然后将两路激光输入高速单行载流子光探测器(UTC-PD)中，产生太赫兹载波，之后通过天线发射太赫兹波进行空间传输。相比而言，脉冲通信具有对信道衰落不敏感和系统复杂度低等优点。而常见的太赫兹脉冲的光电产生方式为超短光脉冲照射非线性晶体和飞秒脉冲激励光电导天线等。由于非线性效应和光电导效应都需要很高的光学峰值功率，太赫兹转换效率很低，不利于太赫兹通信。
常见的太赫兹脉冲发射系统由飞秒脉冲源(femtosecond laser)，斩波器(optical chopper)，单模激光二极管(LD)，波束分割器(BS)，THz发射器(THz emitter)，THz接收器(THz detector)等组成。通过瞬时光导开关(photoconductive switching)的原理，当光电流随时间变化时，其光电流大小对应入射激光束强度的时间微分，从而将飞秒激光脉冲转换成宽带太赫兹脉冲。该系统虽然可以解决现有无线通信系统频谱资源和容量有限的问题，但是太赫兹通信脉冲的中心频率、脉冲重复频率以及脉冲宽度不可控，因而不能适应和满足实际的应用需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置。采用调控脉冲光和外差混频的光电方式产生太赫兹脉冲序列，太赫兹脉冲的调控都在光域进行，太赫兹通信脉冲的中心频率、脉冲重复频率以及脉冲宽度由光学可编程光处理器调控，能够实现中心频率可调谐的多频段太赫兹脉冲通信。
为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置，包括：
光频梳产生模块，产生光频梳；
可编程光处理器，与所述光频梳产生模块连接，对产生的光频梳进行频率滤波，生成多路输出，每路输出包括单波长光本振和多波长光载波信号；
调制器，设置在每路输出光路上，将基带信号调制到多波长光载波信号上；
光电探测器，与每个调制器连接，对调制器输出的信号进行作用，产生多频段的太赫兹脉冲；
所述太赫兹脉冲的中心频率由每路输出的单波长光本振和多波长基带光载波的中心波长差决定；
所述太赫兹脉冲的周期由调制器实现的基带调制控制；
所述太赫兹脉冲的宽度和时间间隔由多波长基带光载波的波长数量和间隔控制。
本发明提供的装置以光频梳作为光学脉冲源，受益于光频梳和可编程光处理器的超大光学宽带，通过调整多路太赫兹脉冲信号的不同属性，即可实现多带太赫兹脉冲通信。
超宽带光频梳的产生方法有很多种，电光调制器级联的方式易于产生光频梳，且光频梳的频率间隔稳定，易于调整，能够避免过大的噪声影响通信系统性能，因此，在所述光频梳产生模块中，通过级联电光调制器产生光频梳。
在所述光频梳产生模块中，采用循环调制频移方法产生光频梳。循环调制频移方法产生的光频梳梳齿数目多，平坦度较好。
优选地，所述可编程光处理器为基于固态硅基液晶技术的1480～1620nm波段可编程光处理器。进一步地，所述可编程光处理器为基于固态硅基液晶技术的1550nm波段可编程光处理器。该处理器可以实现对高重复频率的频谱逐线(line-by-line)作幅度和相位处理。
优选地，所述光电探测器为单行载流子光电探测器。在单行载流子光电探测器的外差混频机制下，每路信号中单波长光本振和多波长光载波信号的中心波长差将决定生成太赫兹脉冲的中心频率。太赫兹发射器相对于传统的光电探测器，只有高速移动的电子是激发态的载流子，因而具有超快的皮秒量级光子响应速度和超大的带宽。
本发明提供的可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置的工作过程为：
利用可编程光处理器对输入的光频梳进行选择性多路信号滤波，每路信号均包括一个单波长的光本振和多波长光载波信号。光本振与光载波信号之间的频率间隔决定了太赫兹频率，而且各个光载波之间的频率间隔可调。每支路中均采用一个调制器将基带信号调制到滤波后的多波长光载波上，然后输入到UTC-PD中，光电混频即可产生多路中心频率和带宽不同的太赫兹脉冲信号。
本发明采用基于光频梳频谱整形以及光外差混频的方法产生多频带太赫兹脉冲通信信号。太赫兹通信脉冲的调制和调控都在光域进行，太赫兹脉冲中心频率和脉冲宽度取决于光域整形后的光信号，该方案可实现多频带太赫兹高速脉冲通信。
本发明具有的有益效果为：
(1)该装置产生的太赫兹脉冲的周期和中心频率由光学可编程光处理器输出光信号决定，简单易控，且可调谐。
(2)该装置可实现超短太赫兹脉冲周期，实现基于太赫兹脉冲的高速通信。
(3)该装置利用光频梳产生多带太赫兹脉冲，以满足不同通信业务和应用场景的需求。
附图说明
图1是本发明提供的可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
图1是本发明提供的可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置的结构示意图。如图1所示，可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置包括光频梳、可编程光处理器、调制器、单行载流子光电探测器。
本实施例中，光频梳由级联电光调制器产生。通过级联电光调制器产生的光频梳频率间隔稳定，易于调整，能够避免过大的噪声影响通信系统性能。
可编程光处理器采用基于固态硅基液晶技术的1550nm波段可编程光处理器，对光频疏进行选择性滤波，多路输出用于产生多带太赫兹脉冲通信信号，每路滤波输出均包括一单波长光本振和多波长光载波信号，1550nm波段可编程光处理器能够对高重复频率的频谱逐线(line-by-line)作幅度和相位处理。
调制器设置在每路输出光路上，将基带信号调制到多波长光载波信号上。
本实施例选择天线集成的高速单行载流子光电探测器作为太赫兹脉冲无线通信的信号发射模块，在单行载流子光电探测器的外差混频机制下，每路信号中单波长光本振和多波长光载波信号的中心波长差将决定生成太赫兹脉冲的中心频率。另外，通过光学可编程光处理器控制多波长光载波的波长数量和波长间隔，即可改变输出太赫兹脉冲的宽度和时间间隔。
单行载流子光电探测器相对于传统的光电探测器(UTC-PD)，只有高速移动的电子是激发态的载流子，因而具有超快的皮秒(ps)量级光子响应速度和超大的带宽。目前日本NTT商用化UTC-PD的响应带宽可达1.5THz，300GHz频率的发射功率高达0dBm，另外英国UCL和法国IEMN研制的UTC-PD也具有相当好的带宽和响应度等性能。
图1示意了经过光学可编程光处理器之后输出的单波长光本振和多波长光载波信号。各路光本振和光载波信号之间的波长(λ)差可控制在不同频段，例如350GHz太赫兹频段等，而且各路多波长光载波之间的频率间隔亦可控，例如分别为mf0和nf0。在经过太赫兹发射器之后，输出的电信号在频域上呈现为频率间隔分别为mf0和nf0的太赫兹频率梳，在时域上则是周期为1/mf0和1/nf0太赫兹脉冲序列。因此，通过调节控制多波长光载波信号的频率间隔以及波长数量，即可调控输出太赫兹脉冲通信信号的不同属性，实现多频带太赫兹脉冲无线通信。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置，其特征在于，包括：
光频梳产生模块，产生光频梳；
可编程光处理器，与所述光频梳产生模块连接，对产生的光频梳进行频率滤波，生成多路输出，每路输出包括单波长光本振和多波长光载波信号；
调制器，设置在每路输出光路上，将基带信号调制到多波长光载波信号上，获得多波长基带光载波；
光电探测器，与每个调制器连接，对调制器输出的信号进行作用，产生多频段的太赫兹脉冲；
所述太赫兹脉冲的中心频率由每路输出的单波长光本振和多波长基带光载波的中心波长差决定；
所述太赫兹脉冲的周期由调制器实现的基带调制控制；
所述太赫兹脉冲的宽度和时间间隔由多波长基带光载波的波长数量和间隔控制。
2.如权利要求1所述的可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置，其特征在于，在所述光频梳产生模块中，通过级联电光调制器产生光频梳。
3.如权利要求1所述的可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置，其特征在于，在所述光频梳产生模块中，采用循环调制频移方法产生光频梳。
4.如权利要求1所述的可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置，其特征在于，所述可编程光处理器为基于固态硅基液晶技术的1480～1620nm波段可编程光处理器。
5.如权利要求1所述的可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置，其特征在于，所述可编程光处理器为基于固态硅基液晶技术的1550nm波段可编程光处理器。
6.如权利要求1所述的可调谐多带太赫兹脉冲无线通信发射装置，其特征在于，所述光电探测器为单行载流子光电探测器。
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