CN111555809B - 一种光生毫米波噪声发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光生毫米波噪声发生器，包括依序连接的混沌激光器，掺铒光纤放大器，第二偏振控制器，高非线性光纤（HNLF）以及高速光电探测器；其中，混沌激光器由半导体激光器，第一偏振控制器，60:40光纤耦合器，可调光衰减器以及光纤反射镜构成。本发明方案提供了一种毫米波噪声的光学产生技术，突破了电子带宽的瓶颈，实现方案结构简单且易于产生更大带宽的毫米波噪声；本发明的技术方案输出毫米波噪声的功率取决于掺铒光纤放大器的放大功率，相比于现有电子噪声源来讲，其输出功率易于调节而且可输出的最大功率更大；本发明的技术方案是由利用高非线性光纤中非线性效应及色散等联合作用实现毫米波噪声的产生，其产生毫米波噪声的频谱平坦，带宽更大。

Description

一种光生毫米波噪声发生器
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，具体是一种光生毫米波噪声发生器。
背景技术
在雷达系统，通信系统、武器制导系统中，都需要用可控噪声源来检测系统中的抗噪声干扰能力。因此，噪声发生器是设备性能分析与标定的重要仪器。在通信和控制系统中，往往需要利用噪声发生器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毫米波噪声。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毫米波噪声信号已经成为一个重要的研究领域。
现有的噪声发生器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，进而产生实际可用的噪声。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变差。
然而，现有噪声发生器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（数百GHz）内输出频谱平坦、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，实现一种新型高带宽、频谱密度均匀、输出功率可调毫米波噪声产生迫在眉睫。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光生毫米波噪声发生器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种光生毫米波噪声发生器，包括依序连接的混沌激光器，掺铒光纤放大器，第二偏振控制器，高非线性光纤（HNLF）以及高速光电探测器；其中，混沌激光器由半导体激光器，第一偏振控制器，60:40光纤耦合器，可调光衰减器以及光纤反射镜构成，半导体激光器，第一偏振控制器，60:40光纤耦合器依序连接，可调光衰减器一端连接光纤反射镜，另一端连接60:40光纤耦合器；60:40光纤耦合器连接掺铒光纤放大器；
其中，混沌激光器的半导体激光器输出的激光经过第一偏振控制器后，由分光比60:40的光纤耦合器分为两路，其中40%端口连接可调光衰减器和光纤反射镜，形成反馈结构；可调光衰减器和第一偏振控制器使反馈光在适当的强度和偏振态下返回至半导体激光器内部对其进行扰动，使其工作在混沌振荡状态，产生的混沌激光由光纤耦合器的60%端口输出；混沌激光在经过掺铒光纤放大器放大到一定功率时经第二偏振控制器输入高非线性光纤，由高速光电探测器进行光电转换后输出最终结果；由于原始混沌激光信号放大后进入高非线性光纤中，发生非线性效应及色散的联合作用，其光谱发生显著展宽，同时其频谱带宽得到增强，最终的输出呈现出毫米波噪声的频谱特性，实现毫米波噪声的产生。
在本发明所述的光生毫米波噪声发生器中，混沌激光器通过光反馈实现混沌激光产生，是混沌激光产生的最简单的结构。
在本发明所述的光生毫米波噪声发生器中，掺铒光纤放大器用于实现原始混沌激光的放大以及最终产生毫米波噪声的功率调节。
在本发明所述的光生毫米波噪声发生器中，高非线性光纤的非线性系数大于10W-1km-1，混沌激光经过高非线性光纤后，发生非线性效应以及色散作用，实现混沌光谱展宽，混沌信号的带宽的得到增强，最终输出频谱平坦的毫米波噪声。
实现上述本发明所提供的一种光生毫米波噪声发生器，其优点与积极效果在于：本发明提出了一种毫米波噪声的光学产生技术，突破了电子带宽的瓶颈，实现方案结构简单且易于产生更大带宽的毫米波噪声；本发明的技术方案输出毫米波噪声的功率取决于掺铒光纤放大器的放大功率，相比于现有电子噪声源来讲，其输出功率易于调节而且可输出的最大功率更大；本发明的技术方案是由利用高非线性光纤中非线性效应及色散等联合作用实现毫米波噪声的产生，其产生毫米波噪声的频谱平坦，带宽更大。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种光生毫米波噪声发生器的结构示意图。
图2是本发明提供的一种光生毫米波噪声发生器的实验结果图。
图中：1：半导体激光器；2：第一偏振控制器；3：60:40光纤耦合器，4：可调光衰减器；5：光纤反射镜；6：掺铒光纤放大器；7：第二偏振控制器；8：高非线性光纤（HNLF）；9：高速光电探测器。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，在本发明的光生毫米波噪声发生器包括包括依序连接的混沌激光器，掺铒光纤放大器6，第二偏振控制器7，高非线性光纤（HNLF）8以及高速光电探测器9；其中，混沌激光器由半导体激光器1，第一偏振控制器2，60:40光纤耦合器3，可调光衰减器4以及光纤反射镜5构成，半导体激光器1，第一偏振控制器2，60:40光纤耦合器3依序连接，可调光衰减器4一端连接光纤反射镜5，另一端连接60:40光纤耦合器3；60:40光纤耦合器3连接掺铒光纤放大器6；
其中，混沌激光器的半导体激光器1输出的激光经过第一偏振控制器2后，由分光比 60:40的光纤耦合器3分为两路，其中40%端口连接可调光衰减器4和光纤反射镜5，形成反馈结构；可调光衰减器4和第一偏振控制器3使反馈光在适当的强度和偏振态下返回至半导体激光器1内部对其进行扰动，使其工作在混沌振荡状态，产生的混沌激光由光纤耦合器3的60%端口输出；混沌激光在经过掺铒光纤放大器6放大到一定功率时经第二偏振控制器7输入高非线性光纤8，由高速光电探测器9进行光电转换后输出最终结果；由于原始混沌激光信号放大后进入高非线性光纤8中，发生非线性效应及色散的联合作用，其光谱发生显著展宽，同时其频谱带宽得到增强，最终的输出呈现出毫米波噪声的频谱特性，实现毫米波噪声的产生。
在本发明所述的光生毫米波噪声发生器中，混沌激光器通过光反馈实现混沌激光产生，是混沌激光产生的最简单的结构。
在本发明所述的光生毫米波噪声发生器中，掺铒光纤放大器6用于实现原始混沌激光的放大以及最终产生毫米波噪声的功率调节。
在本发明所述的光生毫米波噪声发生器中，高非线性光纤8的非线性系数大于10W-1km-1，混沌激光经过高非线性光纤后，发生非线性效应以及色散作用，实现混沌光谱展宽，混沌信号的带宽的得到增强，最终输出频谱平坦的毫米波噪声。
具体实施时，半导体激光器1输出中心波长为1550.200 nm激光，经过第一偏振控制器 2后，由分光比 60:40 的光纤耦合器3分为两路，其中40%端与可调光衰减器4和光纤反射镜5相连接，形成反馈结构。调节可调光衰减器4和第一偏振控制器 5使反馈光在适当的强度和偏振态下返回至激光器内部对其进行扰动，使其工作在混沌振荡状态，产生的混沌激光由光纤耦合器的60%端口输出。输出的混沌激光在经过掺铒光纤放大器6放大到1W及以上时，由第二偏振控制器7调节混沌激光的偏振状态后输入长度2 km，非线性系数为10W-1km-1，零色散波长为1550 nm高非线性光纤8。由于高非线性光纤8中各类非线性效应及色散的联合作用，连续光信号的光谱会很容易地发生显著展宽，同时其频谱带宽的得到极大增强，最终的输出可呈现出毫米波噪声的频谱特性，实现有效带宽高达数百GHz的毫米波噪声的产生。最终的结果如图2所示，与原始混沌激光的频谱带宽相比，经过高非线性光纤8后输出的毫米波噪声信号带宽得到极大提升且频谱平坦（受限于高速光电探测器、频谱仪测试带宽的限制，实验上仅给出了带宽50 GHz的结果）。
需要特别指出的是，提高掺铒光纤放大器6的放大功率、使用非线性系数更高的高非线性光纤8以及增加高非线性光纤8的长度均可以进一步提高最终产生毫米波噪声的带宽以及频谱平坦度。此外，通过调节掺铒光纤放大器6的放大功率可以实现最终输出毫米波噪声的功率调节。因此，本发明所公开的一种光生毫米波噪声发生器所产生的毫米波噪声带宽大（理论上可达数百GHz）、频谱平坦且功率可调。
实现上述本发明所提供的一种光生毫米波噪声发生器，其优点与积极效果在于：本发明提出了一种毫米波噪声的光学产生技术，突破了电子带宽的瓶颈，实现方案结构简单且易于产生更大带宽的毫米波噪声；本发明的技术方案输出毫米波噪声的功率取决于掺铒光纤放大器的放大功率，相比于现有电子噪声源来讲，其输出功率易于调节而且可输出的最大功率更大；本发明的技术方案是由利用高非线性光纤中非线性效应及色散等联合作用实现毫米波噪声的产生，其产生毫米波噪声的频谱平坦，带宽更大。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种光生毫米波噪声发生器，其特征在于，包括：依序连接的混沌激光器，掺铒光纤放大器，第二偏振控制器，高非线性光纤(HNLF)以及高速光电探测器；其中，混沌激光器由半导体激光器，第一偏振控制器，60:40光纤耦合器，可调光衰减器以及光纤反射镜构成，半导体激光器，第一偏振控制器，60:40光纤耦合器依序连接，可调光衰减器一端连接光纤反射镜，另一端连接60:40光纤耦合器；60:40光纤耦合器连接掺铒光纤放大器；
其中，混沌激光器的半导体激光器输出的激光经过第一偏振控制器后，由分光比60:40的光纤耦合器分为两路，其中40％端口连接可调光衰减器和光纤反射镜，形成反馈结构；可调光衰减器和第一偏振控制器使反馈光在适当的强度和偏振态下返回至半导体激光器内部对其进行扰动，使其工作在混沌振荡状态，产生的混沌激光由光纤耦合器的60％端口输出；混沌激光在经过掺铒光纤放大器放大到功率达到1W及以上时经第二偏振控制器输入高非线性光纤，由高速光电探测器进行光电转换后输出最终结果；由于原始混沌激光信号放大后进入高非线性光纤中，发生非线性效应及色散的联合作用，其光谱发生显著展宽，同时其频谱带宽得到增强，最终的输出呈现出毫米波噪声的频谱特性，实现毫米波噪声的产生。
2.根据权利要求1所述的光生毫米波噪声发生器，其特征在于，混沌激光器通过光反馈实现混沌激光产生，是混沌激光产生的最简单的结构。
3.根据权利要求1所述的光生毫米波噪声发生器，其特征在于，掺铒光纤放大器用于实现原始混沌激光的放大以及最终产生毫米波噪声的功率调节。
4.根据权利要求1所述的光生毫米波噪声发生器，其特征在于，高非线性光纤的非线性系数大于10W-1km-1，混沌激光经过高非线性光纤后，发生非线性效应以及色散作用，实现混沌光谱展宽，混沌信号的频谱带宽的得到增强，最终输出频谱平坦的毫米波噪声。
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