CN110161773B - 基于切割超连续谱的超宽带白噪源 - Google Patents

基于切割超连续谱的超宽带白噪源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于切割超连续谱的超宽带白噪源，使用的熵源是超连续谱光子熵源，其覆盖范围可达几百nm，因此可以在很宽的频率范围产生白噪声，有效避免了电子器件的带宽瓶颈；通过分别调节两个光滤波器的滤波中心，可以调节产生白噪声的中心频率从而适应不同的工作场合；通过简单的对超连续谱滤波并进行光电转换即可产生高带宽的白噪声，相比于之前的方案更加简单且易于实现。

Description

基于切割超连续谱的超宽带白噪源
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于切割超连续谱的超宽带白噪源。
背景技术
噪声源是设备性能分析与标定的重要仪器。在通信和控制系统中，往往需要利用噪声源来对电子设备的抗干扰性能进行测试，尤其是功率密度均匀的高斯白噪声源。因此，如何产生输出功率连续可控、噪声功率谱密度均匀平坦的高斯白噪声信号已经成为一个重要的研究领域。
现有的高斯白噪声源通常分为数字合成技术和物理器件噪声放大技术两类。其中，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。该实现电路较为简单，便于实用，但是受限于器件的时钟频率，数学合成技术产生的噪声频率往往低于GHz，而且精度较差。物理器件噪声放大技术是将电阻、饱和二极管、气体放电二极管、肖特基二极管、场效应晶体管等物理器件中的噪声进行控制与放大，进而产生高斯白噪声。利用该技术可以产生较大带宽的噪声，而且精度比较高，但是其实现电路往往需要放大较为复杂，而且随着带宽的增加，其输出噪声功率平坦度越差。
然而，目前白噪声源的工作频率已经不能满足一些高频器件的工作频率。如何在非常宽的频率范围(带宽几十GHz-100GHz)内输出功率谱均匀连续、功率稳定可控的连续随机噪声信号，存在着原理、技术、工艺等诸多层面的困难。因此，发展新型高带宽、频谱密度均匀、高输出功率且易于实现的白噪声源迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种基于切割超连续谱的超宽带白噪源。
本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种基于切割超连续谱的超宽带白噪源，包括：
光纤激光器、高非线性光纤、3dB耦合器Ⅰ，光滤波器Ⅰ，光滤波器Ⅱ，3dB耦合器Ⅱ以及光电探测器；其中，光滤波器Ⅰ和光滤波器Ⅱ并联设置，并接的两端分别连接3dB耦合器Ⅰ和3dB耦合器Ⅱ，3dB耦合器Ⅰ另一端依序设置高非线性光纤和光纤激光器，3dB耦合器Ⅱ另一端连接光电探测器；
光纤激光器发出的连续激光在经过高非线性光纤之后，由于高非线性光纤中的非线性效应的影响，及在高非线性光纤中的色散效应引起调制不稳定性效应，而使光谱展宽产生超连续谱；产生超连续谱之后的激光被3dB耦合器Ⅰ分为两路，分别被中心波长不同的光滤波器Ⅰ和光滤波器Ⅱ滤出，滤波后不同中心波长的激光再由3dB耦合器Ⅱ耦合在一起，经过光电探测器光电转换输出超宽带白噪声。
其中，中心波长不同的两束激光信号卷积后会产生相应频段的频谱，不同频段的中心频率由这两束信号激光的波长差决定。
其中，高非线性光纤中的非线性效应至少包括自相位调制，交叉相位调制，四波混频及受激拉曼散射。
其中，光滤波器Ⅰ和光滤波器Ⅱ设置的滤波宽度相同。
其中，产生白噪声的频谱等于从光滤波器Ⅰ和光滤波器Ⅱ滤波后输出的两个不同中心波长光谱的卷积。
区别于现有技术，本发明的基于切割超连续谱的超宽带白噪源使用的熵源是超连续谱光子熵源，其覆盖范围可达几百nm，因此可以在很宽的频率范围产生白噪声，有效避免了电子器件的带宽瓶颈；通过分别调节两个光滤波器的滤波中心，可以调节产生白噪声的中心频率从而适应不同的工作场合；通过简单的对超连续谱滤波并进行光电转换即可产生高带宽的白噪声，相比于之前的方案更加简单且易于实现。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于切割超连续谱的超宽带白噪源的结构示意图。
图2是本发明提供的一种基于切割超连续谱的超宽带白噪源的实现原理图。
图3是本发明提供的一种基于切割超连续谱的超宽带白噪源输出白噪声的功率谱结果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
参阅图1所示，图1是本发明提供的一种基于切割超连续谱的超宽带白噪源的结构示意图。包括：
光纤激光器1、高非线性光纤2、3dB耦合器Ⅰ3，光滤波器Ⅰ4，光滤波器Ⅱ5，3dB耦合器Ⅱ6以及光电探测器7；其中，光滤波器Ⅰ4和光滤波器Ⅱ5并联设置，并接的两端分别连接3dB耦合器Ⅰ3和3dB耦合器Ⅱ6，3dB耦合器Ⅰ3另一端依序设置高非线性光纤2和光纤激光器1，3dB耦合器Ⅱ6另一端连接光电探测器7；
光纤激光器1发出的连续激光在经过高非线性光纤2之后，由于高非线性光纤2中的非线性效应的影响，及在高非线性光纤2中的色散效应引起调制不稳定性效应，而使光谱展宽产生超连续谱；产生超连续谱之后的激光被3dB耦合器Ⅰ3分为两路，分别被中心波长不同的光滤波器Ⅰ4和光滤波器Ⅱ5滤出，滤波后不同中心波长的激光再由3dB耦合器Ⅱ6耦合在一起，经过光电探测器7光电转换输出超宽带白噪声。
优选的，中心波长不同的两束激光信号卷积后会产生相应频段的频谱，不同频段的中心频率由这两束信号激光的波长差决定。
优选的，高非线性光纤2中的非线性效应至少包括自相位调制，交叉相位调制，四波混频及受激拉曼散射。
优选的，光滤波器Ⅰ4和光滤波器Ⅱ5设置的滤波宽度相同。
优选的，产生白噪声的频谱等于从光滤波器Ⅰ4和光滤波器Ⅱ5滤波后输出的两个不同中心波长光谱的卷积。
具体的，如附图1所示，中心波长为1455nm的光纤激光器1后连接有16km的高非线性光纤2，该高非线性光纤2的零色散波长在1440nm左右，激光器1的泵浦工作在高非线性光纤的反常色散区，因此会导致调制不稳定效应，再结合光纤中自相位调制、交叉相位调制、四波混频、受激拉曼散射等非线性效应的影响，最终产生超连续谱。产生的超连续谱由3dB耦合器Ⅰ3分为两路，并由滤波宽度相同，滤波中心不同的两路光滤波器4,5进行滤波。滤出的两个不同中心波长的激光信号经3dB耦合器Ⅱ6耦合在一起并进行光电转换，最终输出白噪声。其中，白噪声的频谱是由滤出的两路中心波长不同的激光信号卷积后得到的。如附图2所示，经光滤波器滤出的两路激光信号的中心频率分别为ν1和ν2，线宽均为σn，经过光电探测器7后，产生的电谱的中心频谱Δν＝ν2-ν1，产生电谱的宽度Δf∝2σn，产生电谱的功率谱密度
Figure BDA0002040988480000041
为光电探测器的响应度。附图3为两路滤波中心频率差值为100GHz，滤波线宽为0.6nm时，最终产生的白噪声结果图。
需要特别指出的是，由于滤波前超连续谱的宽度可达到几百nm，因此，通过手动调节光滤波器的滤波中心，可以在很大范围内调节产生电谱的中心频率，从而使最终产生白噪声的工作频段可以大范围调节。
区别于现有技术，本发明的基于切割超连续谱的超宽带白噪源使用的熵源是超连续谱光子熵源，其覆盖范围可达几百nm，因此可以在很宽的频率范围产生白噪声，有效避免了电子器件的带宽瓶颈；通过分别调节两个光滤波器的滤波中心，可以调节产生白噪声的中心频率从而适应不同的工作场合；通过简单的对超连续谱滤波并进行光电转换即可产生高带宽的白噪声，相比于之前的方案更加简单且易于实现。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于切割超连续谱的超宽带白噪源，其特征在于，包括：
光纤激光器、高非线性光纤、3dB耦合器Ⅰ，光滤波器Ⅰ，光滤波器Ⅱ，3dB耦合器Ⅱ以及光电探测器；其中，光滤波器Ⅰ和光滤波器Ⅱ并联设置，并接的两端分别连接3dB耦合器Ⅰ和3dB耦合器Ⅱ，3dB耦合器Ⅰ另一端依序设置高非线性光纤和光纤激光器，3dB耦合器Ⅱ另一端连接光电探测器；
光纤激光器发出的连续激光在经过高非线性光纤之后，由于高非线性光纤中的非线性效应的影响，及在高非线性光纤中的色散效应引起调制不稳定性效应，而使光谱展宽产生超连续谱；产生超连续谱之后的激光被3dB耦合器Ⅰ分为两路，分别被中心波长不同的光滤波器Ⅰ和光滤波器Ⅱ滤出，滤波后不同中心波长的激光再由3dB耦合器Ⅱ 耦合在一起，经过光电探测器光电转换输出超宽带白噪声。
2.根据权利要求1所述的基于切割超连续谱的超宽带白噪源，其特征在于，中心波长不同的两束激光信号卷积后会产生相应频段的频谱，不同频段的中心频率由这两束信号激光的波长差决定。
3.根据权利要求1所述的基于切割超连续谱的超宽带白噪源，其特征在于，高非线性光纤中的非线性效应至少包括自相位调制，交叉相位调制，四波混频及受激拉曼散射。
4.根据权利要求1所述的基于切割超连续谱的超宽带白噪源，其特征在于，光滤波器Ⅰ和光滤波器Ⅱ设置的滤波宽度相同。
5.根据权利要求1所述的基于切割超连续谱的超宽带白噪源，其特征在于，产生白噪声的频谱等于从光滤波器Ⅰ和光滤波器Ⅱ滤波后输出的两个不同中心波长光谱的卷积。
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