CN110850130B - 一种宽带噪声信号发生器及其信号发生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带噪声信号发生器及其信号发生方法，包括超辐射发光二极管、滤波器、光放大器、光衰减器和单行载流子光电探测器，所述辐射发光二极管输出放大自发辐射光信号，放大自发辐射光信号进入所述滤波器进行滤波，所述滤波器输出具有预设波长范围的窄线宽光信号，所述窄线宽光信号输入所述光放大器进行放大后进入所述光衰减器，通过所述光衰减器对其光信号功率进行控制，所述光衰减器输出的光信号进入单行载流子光电探测器并进行光谱和电谱的转换从而输出宽带电噪声信号。本发明的宽带噪声信号发生器结构简单，整体体积小且无需制冷，同时解决了现有的噪声发生器难以满足目前雷达、通信器件等所需的功率大小的问题。

Description

一种宽带噪声信号发生器及其信号发生方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种宽带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。由于噪声是电子器件与通信系统中最普遍的干扰源，噪声发生器就成为雷达、通信等领域中的一个必要测试仪器。
近年来，国内外学者主要以电阻、肖特基二极管和场效应管等作为噪声发生器的主要器件，产生宽带的噪声。如利用电阻为源产生噪声，现已研制出变温噪声发生器，温度变化范围为70K～300K，输出噪声的工作频率在90GHz～100GHz，但是它存在需要制冷、体积大、输出功率小、不适合机载、星载等缺点；利用肖特基二极管作为高频噪声源可以用于产生噪声，已研制出130GHz～170GHz工作频段的噪声发生器芯片，但受雪崩击穿噪声频率的限制，这类噪声发生器的带宽一般低于170GHz，而且频率越高，输出噪声功率平坦度越差，超噪比低；利用场效应管(FET)为源产生噪声，已实现了110GHz的W波段单片集成有源冷噪声发生器，但以场效应管为源的噪声发生器，噪声带宽尚未超过120GHz。
以上述方法为源的噪声发生器，受“电子瓶颈”限制，带宽较小，难以应用于实际，而基于光学方法的噪声发生器可以解决这一问题，产生宽带的噪声。例如，日本电信株式会社(NTT)Song等人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，通过使用阵列波导光栅将噪声光谱整形滤波为高斯型，产生了均匀的微波电噪声(IEEET.Micro.Theory Tech.,56(12),2989-2997,2008.)。随后，台湾地区“中央大学”許晉瑋教授在此方法的基础上，用由掺铒光纤放大器和可调谐滤波器组成的宽带自发辐射源激发W波段光子发射器，产生了110GHz的白噪声(IEEE Photon.Tech.Lett.,22(11),847-849,2010.)。但是，掺铒光纤放大器的ASE光噪声功率低，经滤波后，功率更小，难以实用。
目前，一些雷达、通信器件的工作频率已经接近甚至超过300GHz，以上噪声发生器均难以满足该功率需求，因此，人们迫切需要更高带宽的噪声信号产生装置。
发明内容
本发明为解决现有的噪声发生器难以满足目前雷达、通信器件等所需的功率大小的问题，提供了一种宽带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：
一种宽带噪声信号发生器，包括超辐射发光二极管、滤波器、光放大器、光衰减器和单行载流子光电探测器，所述辐射发光二极管的输出端通过光纤连接滤波器的输入端，所述滤波器的输出端通过光纤连接光放大器的输入端，所述光放大器的输出端通过光纤连接光衰减器的输入端，所述光衰减器的输出端通过金属波导连接单行载流子光电探测器的输入端，所述单行载流子光电探测器的输出端作为宽带噪声信号发生器的输出端。
优选的，所述单行载流子光电探测器为采用波导耦合和双耗尽层结构的单行载流子光电探测器。在本优选方案中，该单行载流子光电探测器可以实现宽谱光噪声到高频电噪声的转换，输出宽带噪声信号。
优选的，所述单行载流子光电探测器的截止带宽为325GHz。
基于上述所述宽带噪声信号发生器的宽带噪声信号发生方法，所述辐射发光二极管输出放大自发辐射光信号，放大自发辐射光信号进入所述滤波器进行滤波，所述滤波器输出具有预设波长范围的窄线宽光信号，所述窄线宽光信号输入所述光放大器进行放大后进入所述光衰减器，通过所述光衰减器对其光信号功率进行控制，所述光衰减器输出的光信号进入单行载流子光电探测器并进行光谱和电谱的转换从而输出宽带电噪声信号。
优选的，所述窄线宽光信号的带宽为2～4nm。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明的宽带噪声信号发生器以超辐射发光二极管为源，其光谱宽而平坦且输出功率大、相位和强度具有随机性，能够作为噪声信号发生器的物理熵源，突破电子器件带宽的限制，经过滤波和光电转换后可以产生带宽达325GHz的宽带噪声；本发明的宽带噪声信号发生器产生的噪声输出功率大、超噪比高达20dB，满足现有待测器件的测试需求。
另外，本发明的宽带噪声信号发生器使用了光放大器和光衰减器，用于控制输出自发辐射光功率，实现了该宽带噪声信号发生器输出功率的实时可控。
本发明的宽带噪声信号发生器结构简单，整体体积小且无需制冷，同时解决了现有的噪声发生器难以满足目前雷达、通信器件等所需的功率大小的问题。
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，一种宽带噪声信号发生器，包括超辐射发光二极管1、滤波器2、光放大器3、光衰减器4和单行载流子光电探测器5，所述辐射发光二极管的输出端通过光纤连接滤波器2的输入端，所述滤波器2的输出端通过光纤连接光放大器3的输入端，所述光放大器3的输出端通过光纤连接光衰减器4的输入端，所述光衰减器4的输出端通过金属波导连接单行载流子光电探测器5的输入端，所述单行载流子光电探测器5的输出端作为宽带噪声信号发生器的输出端。
其中，所述单行载流子光电探测器5为采用波导耦合和双耗尽层结构的单行载流子光电探测器5，截止带宽为325GHz，该单行载流子光电探测器5用于实现宽谱光噪声到高频电噪声的转换，输出宽带噪声信号。
本实施例1的宽带噪声信号发生器的工作原理如下：
超辐射发光二极管1输出具有宽带且光谱平坦的放大自发辐射光信号，输出的放大自发辐射光信号经过滤波器2进行滤波，可以输出具有预设波长范围的窄线宽光信号，之后通过光放大器3的放大作用和光衰减器4的光功率的衰减作用实现控制输出光功率的大小，最后通过单行载流子光电探测器5实现光电转换，使光信号转换为电信号，最终输出宽带电噪声信号。
实施例2
本实施例2为基于实施例1所述宽带噪声信号发生器的宽带噪声信号发生方法，所述辐射发光二极管1输出放大自发辐射光信号，放大自发辐射光信号进入所述滤波器2进行滤波，所述滤波器2输出带宽为2～4nm的窄线宽光信号，所述窄线宽光信号输入所述光放大器3进行放大后进入所述光衰减器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输出的光信号进入单行载流子光电探测器5并进行光谱和电谱的转换从而输出宽带电噪声信号。
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。

Claims (3)

1.一种宽带噪声信号发生器，其特征在于，包括超辐射发光二极管(1)、滤波器(2)、光放大器(3)、光衰减器(4)和单行载流子光电探测器(5)，所述辐射发光二极管(1)的输出端通过光纤连接滤波器(2)的输入端，所述滤波器(2)的输出端通过光纤连接光放大器(3)的输入端，所述光放大器(3)的输出端通过光纤连接光衰减器(4)的输入端，所述光衰减器(4)的输出端通过金属波导连接单行载流子光电探测器(5)的输入端，所述单行载流子光电探测器(5)的输出端作为宽带噪声信号发生器的输出端；所述单行载流子光电探测器(5)为采用波导耦合和双耗尽层结构的单行载流子光电探测器(5)；所述单行载流子光电探测器(5)的截止带宽为325GHz。
2.基于权利要求1所述宽带噪声信号发生器的宽带噪声信号发生方法，其特征在于，所述辐射发光二极管(1)输出放大自发辐射光信号，放大自发辐射光信号进入所述滤波器(2)进行滤波，所述滤波器(2)输出具有预设波长范围的窄线宽光信号，所述窄线宽光信号输入所述光放大器(3)进行放大后进入所述光衰减器(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)输出的光信号进入单行载流子光电探测器(5)并进行光谱和电谱的转换从而输出宽带电噪声信号。
3.根据权利要求2所述的宽带噪声信号发生方法，其特征在于，所述窄线宽光信号的带宽为2～4nm。
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