CN111965915A - 基于光学频率梳的太赫兹波信号生成系统及方法 - Google Patents

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CN111965915A CN202010675641.2A CN202010675641A CN111965915A CN 111965915 A CN111965915 A CN 111965915A CN 202010675641 A CN202010675641 A CN 202010675641A CN 111965915 A CN111965915 A CN 111965915A
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陈远祥
黄雍涛
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Abstract

本发明实施例提供了一种基于光学频率梳的太赫兹波信号生成系统及方法，其中系统包括：激光器，射频源；第一调制器用于对激光和射频信号进行调制生成初始光学频率梳；第二调制器用于对射频信号和初始光学频率梳进行调制生成目标光学频率梳；波长选择开关用于从目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；马赫曾德尔调制器用于将数字信号中的数据加载至第二频率梳线中，获得初始光载波信号；光耦合器用于将第一频率梳线和经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号；光电转换器用于对目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。本发明实施例能够生成频率较为稳定的太赫兹波信号。

Description

基于光学频率梳的太赫兹波信号生成系统及方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种基于光学频率梳的太赫兹波信号生成系统及方法。
背景技术
太赫兹波是指频率在0.3～10THz范围内的电磁波，与光学链路相比，太赫兹波具有更小的大气扰动衰减；与微波相比，太赫兹波具有较大的可用带宽。另外，由于太赫兹波的高速数据传输能力强，以及通信跟踪捕获能力强，因此，太赫兹波具有非常好的应用前景。
现有技术中，太赫兹波信号生成系统通常包括：两个激光器、功率放大器和光电转换器等设备。在生成太赫兹波信号的过程中，由两个激光器分别产生一个激光，其中一个激光输入至IQ(In-phase Quadrature，同相正交)调制器，并通过基带数据进行调制转换为第一光载波信号，另一个激光与光载波信号组合为第二光载波信号，该第二光载波信号经过功率放大器等设备的处理，最后经过光电转换器生成太赫兹波信号。
由于现有技术中，太赫兹波信号是基于两个激光器分别生成的激光生成的，两个激光器的频率各自独立，生成的两个激光的中心频率可能不同，因此，生成的太赫兹波信号中两个信号的频率间隔可能因激光器精度的不同而不同，进而导致生成的太赫兹波信号的频率不够稳定。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于光学频率梳的太赫兹波信号生成系统及方法，以生成频率较为稳定的太赫兹波信号。具体技术方案如下：
本发明实施例的第一方面，提供了一种基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统，所述系统包括：
激光器，用于生成激光，并将所述激光发送至第一调制器；
射频源，用于生成射频信号，并将所述射频信号分别发送至所述第一调制器和第二调制器；
所述第一调制器，用于接收所述激光和所述射频信号，对所述激光和所述射频信号进行调制，生成初始光学频率梳，并将所述初始光学频率梳通过光学延迟线发送至所述第二调制器；
所述光学延迟线，用于将所述初始光学频率梳传输至所述第二调制器；
所述第二调制器，用于接收所述射频信号和所述初始光学频率梳，并对所述射频信号和所述初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳，将所述目标光学频率梳发送至波长选择开关；
所述波长选择开关，用于接收所述目标光学频率梳，并从所述目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器；
所述马赫曾德尔调制器，用于接收所述第二频率梳线和待加载的数字信号，并将所述数字信号中的数据加载至所述第二频率梳线中，获得初始光载波信号，将所述初始光载波信号发送至滤波器；
所述滤波器，用于接收所述初始光载波信号，并对所述初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将所述经滤波后的光载波信号发送至光耦合器中；
所述光耦合器，用于接收所述第一频率梳线和所述经滤波后的光载波信号，并将所述第一频率梳线和所述经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号，将所述目标光载波信号发送至光电转换器；
所述光电转换器，用于接收所述目标光载波信号，并对所述目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。
可选地，所述第一频率梳线的频率与所述第二频率梳线的频率的平均值，与所述激光的频率相同。
可选地，所述第一调制器为：马赫曾德尔调制器，或相位调制器，或IQ调制器。
可选地，所述第二调制器为：相位调制器。
可选地，所述系统中还包括：第一功率放大器和第二功率放大器；
所述第二调制器在获得所述目标光学频率梳后，通过所述第一功率放大器将所述目标光学频率梳发送至所述波长选择开关；
所述第一功率放大器，用于接收所述目标光学频率梳，并对所述目标光学频率梳进行功率放大处理，获得经功率放大后的光学频率梳，将所述经功率放大后的光学频率梳发送至波长选择开关；
所述波长选择开关，具体用于：接收所述经功率放大后的光学频率梳，并从所述经功率放大后的光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器；
所述马赫曾德尔调制器，在获得初始光载波信号后，通过所述第二功率放大器将所述初始光载波信号发送至所述滤波器；
所述第二功率放大器，用于接收所述初始光载波信号，并对所述初始光载波信号进行功率放大处理，获得经功率放大后的光载波信号，将所述经功率放大后的光载波信号发送至所述滤波器中；
所述滤波器，具体用于：接收所述经功率放大后的光载波信号，并对所述经功率放大后的光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将所述经滤波后的光载波信号发送至所述光耦合器中。
可选地，所述光电转换器为：光电二极管。
本发明实施例的第二方面，提供了一种基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成方法，应用于上述任一项所述的基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统，所述方法包括：
激光器生成激光，并将所述激光发送至第一调制器；
射频源生成射频信号，并将所述射频信号分别发送至所述第一调制器和第二调制器；
所述第一调制器接收所述激光和所述射频信号，对所述激光和所述射频信号进行调制，生成初始光学频率梳，并将所述初始光学频率梳通过光学延迟线发送至所述第二调制器；
所述光学延迟线将所述初始光学频率梳传输至所述第二调制器；
所述第二调制器接收所述射频信号和所述初始光学频率梳，并对所述射频信号和所述初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳，将所述目标光学频率梳发送至波长选择开关；
所述波长选择开关接收所述目标光学频率梳，并从所述目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器；
所述马赫曾德尔调制器接收所述第二频率梳线和待加载的数字信号，并将所述数字信号中的数据加载至所述第二频率梳线中，获得初始光载波信号，将所述初始光载波信号发送至所述滤波器；
所述滤波器接收所述初始光载波信号，并对所述初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将所述经滤波后的光载波信号发送至光耦合器中；
所述光耦合器接收所述第一频率梳线和所述经滤波后的光载波信号，并将所述第一频率梳线和所述经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号，将所述目标光载波信号发送至光电转换器；
所述光电转换器接收所述目标光载波信号，并对所述目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。
可选地，所述第一频率梳线的频率与所述第二频率梳线的频率的平均值，与所述激光的频率相同。
可选地，所述第一调制器为：马赫曾德尔调制器，或相位调制器，或IQ调制器。
可选地，所述第二调制器为：相位调制器。
可选地，所述系统中还包括：第一功率放大器和第二功率放大器；
所述将所述目标光学频率梳发送至波长选择开关的步骤，包括：
所述第二调制器将所述目标光学频率梳发送至所述第一功率放大器；
所述第一功率放大器接收所述目标光学频率梳，并对所述目标光学频率梳进行功率放大处理，获得经功率放大后的光学频率梳，将所述经功率放大后的光学频率梳发送至波长选择开关；
所述波长选择开关接收所述目标光学频率梳，并从所述目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器的步骤，包括：
所述波长选择开关接收所述经功率放大后的光学频率梳，并从所述经功率放大后的光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器；
所述马赫曾德尔调制器接收所述第二频率梳线和待加载的数字信号，并将所述数字信号中的数据加载至所述第二频率梳线中，获得初始光载波信号，将所述初始光载波信号发送至所述滤波器的步骤，包括：
所述马赫曾德尔调制器将所述初始光载波信号，发送至所述第二功率放大器；
所述第二功率放大器接收所述初始光载波信号，并对所述初始光载波信号进行功率放大处理，获得经功率放大后的光载波信号，将所述经功率放大后的光载波信号发送至所述滤波器中；
所述滤波器接收所述初始光载波信号，并对所述初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将所述经滤波后的光载波信号发送至光耦合器中的步骤，包括：
所述滤波器接收所述经功率放大后的光载波信号，并对所述经功率放大后的光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将所述经滤波后的光载波信号发送至所述光耦合器中。
可选地，所述光电转换器为：光电二极管。
本发明实施例有益效果：
本发明实施例提供的基于光学频率梳的太赫兹波信号生成系统及方法，激光器用于生成激光并将激光发送至第一调制器；射频源用于生成射频信号；第一调制器用于对射频信号和激光进行调制，生成初始光学频率梳；光学延迟线用于将初始光学频率梳传输至调制器；第二调制器用于对射频信号和初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳；波长选择开关用于从目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器；马赫曾德尔调制器用于将数字信号中的数据加载至第二频率梳线中，获得初始光载波信号；滤波器用于对初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号；光耦合器用于将第一频率梳线和经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号；光电转换器用于对目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。由于在本发明实施例中，太赫兹波信号是，基于同一个激光器发送的激光生成的光学频率梳中，频率间隔为预设间隔的两个频率梳线生成的，由于这两个频率梳线为从一个光学频率梳中选择的，因此，这两个频率梳线的频率间隔较为稳定，进而使得生成的太赫兹波信号的频率较为稳定。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明实施例提供的基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统的一种逻辑结构示意图；
图2为本发明实施例提供的激光器生成激光的光学频谱图；
图3为本发明实施例生成的初始光学频率梳的光学频谱图；
图4为本发明实施例生成的目标光学频率梳的光学频谱图；
图5为本发明实施例提供的基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统的另一种逻辑结构示意图；
图6为本发明实施例中，仿真计算获得的一种结果示意图；
图7为本发明实施例中，仿真计算获得的另一种结果示意图；
图8为应用于图1所示基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统的生成方法的一种流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统，该系统可以包括：激光器101、射频源102、第一调制器103、光学延迟线104、第二调制器105、波长选择开关107、马赫曾德尔调制器108、滤波器106，光耦合器109和光电转换器110。其中，激光器101与第一调制器103连接，第一调制器103和第二调制器105分别与射频源102连接，第一调制器103和第二调制器105之间还连接有光学延迟线104，第二调制器105与波长选择开关107连接，波长选择开关107与马赫曾德尔调制器108连接，马赫曾德尔调制器108与滤波器106连接，滤波器106和波长选择开关107还分别与光耦合器109连接，光耦合器109与光电转换器110连接。
激光器101，用于生成激光，并将激光发送至第一调制器103。
本发明实施例中，激光器101生成的激光的光学频谱图如图2所示，其中横坐标表示频率，纵坐标表示功率，功率最大的、且位于整个光学频谱图中心的频率线的频率为激光的中心频率。例如，本发明实施例的激光器101所生成的激光的中心频率为193.1THz。激光器101可以为外腔激光器，该外腔激光器的线宽小于100kHz，表示该外腔激光器所生成的激光的中心频率，与基准中心频率之间的差值小于100kHz。基准中心频率可以指，外腔激光器理论上生成激光的中心频率。
射频源102，用于生成射频信号，并将射频信号分别发送至第一调制器103和第二调制器105。
射频源102指可以产生固定频率的、频率在射频范围内、具有一定功率的电源。在本发明实施例中，射频源102产生的射频信号的频率可以为25GHz。射频源102在生成射频信号之后，可以分别将射频信号发送至第一调制器103和第二调制器105，在发送的过程中，可以同时向第一调制器103和第二调制器105发送射频信号。
第一调制器103，用于接收激光和射频信号，对激光和射频信号进行调制，生成初始光学频率梳，并将初始光学频率梳通过光学延迟线104发送至第二调制器105。
第一调制器103可以接收激光器101发送的激光，以及射频源102发送的射频信号，并对激光和射频信号进行调制，生成初始光学频率梳。该初始光学频率梳的光学频谱图可以如图3所示，其中横坐标表示频率，纵坐标表示功率，光学频谱图中包含多条频率梳线，相邻的两条频率梳线之间的频率间隔为射频信号的频率，即25GHz。第一调制器103生成初始光学频率梳之后，可以将该初始光学频率梳通过光学延迟线104发送至第二调制器105。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，第一调制器103可以为：马赫曾德尔调制器，或相位调制器，或IQ(In-phase Quadrature，同相正交)调制器。
下面以马赫曾德尔调制器为例，描述对激光和射频信号进行调制的过程：马赫曾德尔调制器可以接收激光和射频信号，并对激光和射频信号进行调制，生成初始光学频率梳。马赫曾德尔调制器108的结构可以包括：两个相位调制器和一个相移调制器。具体调制过程可以为：首先将输入马赫曾德尔调制器的射频信号分为两个相等的子射频信号，以及将激光分为两个相等的子激光，接着分别利用两个子射频信号以及各相位调制器中预设的偏执电压驱动相位调制器，将两个相等的子激光分别输入两个相位调制器中，分别对两个子激光进行相位调制，输出两个经相位调制后的调制信号。接着利用相移调制器对两个经相位调制后的调制信号进行相互干涉，以进行强度调制，输出初始光学频率梳。由于在马赫曾德尔调制器对激光和射频信号进行调制的过程中，对两个经相位调制后的调制信号，利用相移调制器进行了相互干涉，因此，生成的初始光学频率梳的相干性较高，此外，初始光学频率梳相比激光，各个频率梳线的功率也增强了。
从马赫曾德尔调制器中输出的初始光学频率梳，与输入至马赫曾德尔调制器中的激光、射频信号之间的关系式可以为：
Figure BDA0002583945100000091
式中，Eout(t)表示从马赫曾德尔调制器输出的初始光学频率梳，E0表示激光，Jn(πR)表示n阶的贝塞尔函数，其中n为整数，fc表示激光的频率，fS表示射频信号的频率，R表示射频信号的驱动电压与半波电压之间的比值，j表示虚数单位。
光学延迟线104，用于将初始光学频率梳传输至第二调制器105。
由于射频源102在生成射频信号之后，同时将射频信号发送至第一调制器103和第二调制器105，射频信号在传输的过程中，可能因为距离不同，或者其他原因导致射频信号到达第一调制器103和到达第二调制器105的时间之间的差值，与初始光学频率梳从第一调制器103发送至第二调制器105的时间不同，进而导致第二调制器105不能及时对从第一调制器103发送的初始光学频率梳进行调制的情况。通过在第一调制器103和第二调制之间设置光学延迟线104，可以通过对光学延迟线104中的延迟时间参数进行设置，以对第一调制器103和第二调制器105之间进行延时补偿，进而使得第二调制器105能够同时接收射频信号和初始光学频率梳，并进行调制。
第二调制器105，用于接收射频信号和初始光学频率梳，并对射频信号和初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳，将目标光学频率梳发送至波长选择开关107。
第二调制器105可以接收射频信号和初始光学频率梳，并对射频信号和初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳。由于初始光学频率梳中包含多条频率梳线，因此，第二调制器105在对射频信号和初始光学频率梳进行调制的过程中，可以基于初始光学频率梳中的每一条频率梳线生成多条与该频率梳线间隔一定频率、且功率小于该频率梳线功率的频率梳线，并将初始光学频率梳中的每一条频率梳线对应的多条频率梳线中，具有相同频率的频率梳线叠加在一起，最终获得目标光学频率梳。图4所示为目标光学频率梳的光学频谱图，横坐标表示频率，纵坐标表示功率，光学频谱图中包含多条频率梳线，相邻的两条频率梳线之间的频率间隔为射频信号的频率，即25GHz。图4中的频率梳线相比图3中的初始光学频率梳的频率梳线的数量较多，功率较大。
由于目标频率梳中包括多条频率梳线，每一条频率梳线可以被看做是一个子载波，因此所生成的目标光学频率梳可以为具有相同频率间隔的多个子载波的频率梳。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，第二调制器105可以为：相位调制器。
相位调制器可以接收射频信号和初始光学频率梳，并对射频信号和初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳。
波长选择开关107，用于接收目标光学频率梳，并从目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器109；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器108。
在本发明实施例中，波长选择开关107可以为可编程波长选择开关，即，可以根据需求对波长选择开关107的参数进行设置。具体地，当需要从经功率放大后的光学频率梳中选择两条预设间隔的频率梳线时，可以将根据这两条频率梳线的频率之差对波长选择开关107的参数进行设置，使得波长选择开关107可以从目标光学频率梳中选择两个满足频率间隔要求的频率梳线。此处，预设间隔可以为将要生成的太赫兹波信号的频率。例如，在本发明实施例中，要生成一个400GHz的太赫兹波信号，表明在该太赫兹波信号中的两个信号，频率相差400GHz。因此，可以根据400GHz对波长选择开关107的参数进行设置，使得选出的两个频率梳线之间的频率间隔为400GHz。
波长选择开关107选出频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，分别为第一频率梳线和第二频率梳线，接着可以将第一频率梳线发送至光耦合器109，将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器108。需要说明的是，第一频率梳线可以为所选出的两条频率梳线中频率较高的频率梳线，第二频率梳线可以为所选出的两条频率梳线中频率较低的频率梳线；当然，第一频率梳线也可以为所选出的两条频率梳线中频率较低的频率梳线，第二频率梳线可以为所选出的两条频率梳线中频率较高的频率梳线。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，第一频率梳线的频率与第二频率梳线的频率的平均值，与激光的频率相同。即，当激光的频率为193.1THz时，则第一频率梳线的频率与第二频率梳线的频率的平均值为193.1THz。此外，当预设间隔为400GHz时，则可以通过激光的频率，以及预设间隔计算两条频率梳线的频率，分别为：192.7THz和193.5THz。可以通过对波长选择开关107的参数进行设置，使波长选择开关107从目标频率梳线中选择频率分别为192.7THz和193.5THz的两条频率梳线。
马赫曾德尔调制器108，用于接收第二频率梳线和待加载的数字信号，并将数字信号中的数据加载至第二频率梳线中，获得初始光载波信号，将初始光载波信号发送至滤波器106。
马赫曾德尔调制器108在接收到第二频率梳线和待加载的数字信号之后，可以将数字信号中的数据加载至第二频率梳线中，获得初始光载波信号。待加载的数字信号为携带有需要传输至接收端的数据的信号，该待加载的数字信号可以为任意波形发生器所产生的基带射频信号，例如，QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)信号或者16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制)信号。由于马赫曾德尔调制器108的结构中包括：两个相位调制器和一个相移调制器，当接收的信号质量较差时，仍然可以使用马赫曾德尔调制器108进行调制，而不需要预先对信号进行处理以获得较高质量的信号，因此，采用马赫曾德尔调制器108能够在一定程度上降低本发明实施例提供的基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统的复杂度。
在本发明实施例中，采用马赫曾德尔调制器108将数字信号中的数据加载至第二频率梳线中的过程，与前文中，利用马赫曾德尔调制器对激光和射频信号进行调制的过程相同，此处不再赘述。生成的初始光载波信号中同样可以包括多个不同频率的信号，其中每一个信号可以称为子载波信号，中心频率与第二频率梳线的频率相同。
滤波器106，用于接收初始光载波信号，并对初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将经滤波后的光载波信号发送至光耦合器109中。
在采用马赫曾德尔调制器108在将数字信号中的数据加载子第二频率梳线上的过程中，会产生与第二频率梳线的频率不同的信号，因此，通过滤波器106对初始光载波信号进行滤波处理，将初始光载波信号中频率在滤波器106中所设定的一定范围内的信号，功率降低，以达到不影响频率为第二频率梳线的子载波信号中数据的传输。其中滤波器106具体可以采用光学带通滤波器106。
光耦合器109，用于接收第一频率梳线和经滤波后的光载波信号，并将第一频率梳线和经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号，将目标光载波信号发送至光电转换器110。
光耦合器109在接收到第一频率梳线和经滤波后的光载波信号之后，可以将第一频率梳线和经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号，该目标光载波信号中至少包含两种不同频率的信号，其中一个信号的频率为第一频率梳线的频率，另一个信号的频率为第二频率梳线的频率。
光电转换器110，用于接收目标光载波信号，并对目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。
光电转换器110可以接收目标光载波信号，并对目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。由于目标光载波信号中包括两种频率的信号，因此，太赫兹信号中也包括两种频率的信号。而且，当这两个信号的频率之差为400GHz时，则生成的太赫兹波信号的频率为400GHz。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，光电转换器110可以为：光电二极管，更具体地，可以为超带宽载流子光电二极管。
本发明实施例提供的基于光学频率梳的太赫兹波信号生成系统，激光器101用于生成激光并将激光发送至第一调制器103；射频源102用于生成射频信号；第一调制器103用于对射频信号和激光进行调制，生成初始光学频率梳；光学延迟线104用于将初始光学频率梳传输至调制器；第二调制器105用于对射频信号和初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳；波长选择开关107用于从目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器109；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器108；马赫曾德尔调制器108用于将数字信号中的数据加载至第二频率梳线中，获得初始光载波信号；滤波器106用于对初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号；光耦合器109用于将第一频率梳线和经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号；光电转换器110用于对目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。由于在本发明实施例中，太赫兹波信号是，基于同一个激光器101发送的激光生成的光学频率梳中，频率间隔为预设间隔的两个频率梳线生成的，由于这两个频率梳线为从一个光学频率梳中选择的，因此，这两个频率梳线的频率间隔较为稳定，进而使得生成的太赫兹波信号的频率较为稳定。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，如图5所示，本发明实施例提供的基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统中还可以包括：第一功率放大器501和第二功率放大器502。
第二调制器105在获得目标光学频率梳后，通过第一功率放大器501将目标光学频率梳发送至波长选择开关107。
具体地，第一功率放大器501，用于接收目标光学频率梳，并对目标光学频率梳进行功率放大处理，获得经功率放大后的光学频率梳，将经功率放大后的光学频率梳发送至波长选择开关107。
由于信号在传输的过程中，会产生衰减，即，信号的幅度减小，此时信噪比随着幅度的减小而减小，最终导致信号被噪声所覆盖，即，接收端可能接收不到准确的信号。因此，为保证接收端能够准确地接收到信号，在获得目标光学频率梳之后，可以利用第一功率放大器501对目标光学频率梳进行功率放大处理，获得经功率放大后的光学频率梳，并将经功率放大后的光学频率梳发送至波长选择开关107。
波长选择开关107，具体用于：接收经功率放大后的光学频率梳，并从经功率放大后的光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器109；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器108。
马赫曾德尔调制器108，在获得初始光载波信号后，可以通过第二功率放大器502和滤波器106将初始光载波信号发送至滤波器106。
第二功率放大器502，用于接收初始光载波信号，并对初始光载波信号进行功率放大处理，获得经功率放大后的光载波信号，将经功率放大后的光载波信号发送至滤波器106中。
由于信号在传输的过程中有衰减，即，信号的幅度减小，此时信噪比随着幅度的减小而减小，最终导致信号被噪声所覆盖，即，接收端可能接收不到准确的信号。因此，为保证接收端能够准确地接收到信号，可以再次对初始光载波信号进行功率放大处理，并将经功率放大后的光载波信号，将经功率放大后的光载波信号发送至滤波器106中。
滤波器106，具体用于：接收经功率放大后的光载波信号，并对经功率放大后的光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将经滤波后的光载波信号发送至光耦合器109中。
此外，作为本发明实施例一种可选的实施方式，初始光载波信号在经第二功率放大器502进行功率放大处理获得经功率放大后的光载波信号之后，第二功率放大器502可以首先将经功率放大后的光载波信号发送至可变光衰减器，进行功率的衰减，获得经功率衰减后的光载波信号。接着由可变光衰减器将经功率衰减后的光载波信号发送至滤波器106中进行滤波处理。其中，衰减和放大的倍数可以不同。而且，在对光载波信号进行衰减的过程中，可以对其中所有的信号的功率进行衰减。
下面通过仿真计算，分别对基于数字信号为QPSK信号和16QAM信号生成的太赫兹波信号，进行实验评估，可以将信号中的数据的误码率作为指标，评价本发明实施例提供的基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统，所生成的太赫兹波信号是否能够达到要求。实验结果可以参照图6，图6为生成400GHz QPSK THz波信号到达光电转换器110所产生的误码率与发射激光的功率的关系曲线，以及星座图。关系曲线中，横坐标表示激光的功率，纵坐标表示误码率，星座图的横坐标表示同相，纵坐标表示正交。该实验中传输距离是20km。从图6中可以看出，当激光的功率为-14dBm时，误码率为3.8×e13。
参照图7，图7为生成400GHz 16QAM THz波信号发射到光电转换器110的误码率与发射激光的功率的关系曲线，以及星座图。关系曲线中，横坐标表示激光的功率，纵坐标表示误码率，星座图的横坐标表示同相，纵坐标表示正交。该实验中，传输距离是20km。从图7中可以看出，当激光的功率为-6dBm时，误码率为3.8×e13。
如图8所示，本发明实施例还提供了一种基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成方法，应用于上述任一项的基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统，该方法可以包括：
S801，激光器生成激光。
S802，将激光发送至第一调制器。
S803，射频源生成射频信号。
S804，将射频信号分别发送至第一调制器和第二调制器。
S805，第一调制器接收激光和射频信号，对激光和射频信号进行调制，生成初始光学频率梳。
S806，将初始光学频率梳通过光学延迟线发送至第二调制器，光学延迟线将初始光学频率梳传输至第二调制器。
S807，第二调制器接收射频信号和初始光学频率梳，并对射频信号和初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳。
S808，将目标光学频率梳发送至波长选择开关。
S809，波长选择开关接收目标光学频率梳，并从目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线。
S810，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器。
S811，将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器。
S812，马赫曾德尔调制器接收第二频率梳线和待加载的数字信号，将数字信号中的数据加载至第二频率梳线中，获得初始光载波信号。
S813，将初始光载波信号发送至滤波器。
S814，滤波器接收初始光载波信号，并对初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号。
S815，将经滤波后的光载波信号发送至光耦合器中。
S816，光耦合器接收第一频率梳线和经滤波后的光载波信号，并将第一频率梳线和经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号。
S817，将目标光载波信号发送至光电转换器。
S818，光电转换器接收目标光载波信号，并对目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，第一频率梳线的频率与第二频率梳线的频率的平均值，与激光的频率相同。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，第一调制器为：马赫曾德尔调制器，或相位调制器，或IQ调制器。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，第二调制器为：相位调制器。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，系统中还包括：第一功率放大器和第二功率放大器。
第二调制器将目标光学频率梳发送至第一功率放大器。
第一功率放大器接收目标光学频率梳，并对目标光学频率梳进行功率放大处理，获得经功率放大后的光学频率梳，将经功率放大后的光学频率梳发送至波长选择开关。
波长选择开关接收目标光学频率梳，并从目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器的步骤，包括：
波长选择开关接收经功率放大后的光学频率梳，并从经功率放大后的光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器。
马赫曾德尔调制器接收第二频率梳线和待加载的数字信号，并将数字信号中的数据加载至第二频率梳线中，获得初始光载波信号，将初始光载波信号发送至滤波器的步骤，包括：
马赫曾德尔调制器将初始光载波信号，发送至第二功率放大器。
第二功率放大器接收初始光载波信号，并对初始光载波信号进行功率放大处理，获得经功率放大后的光载波信号，将经功率放大后的光载波信号发送至滤波器中。
滤波器接收初始光载波信号，并对初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将经滤波后的光载波信号发送至光耦合器中的步骤，包括：
滤波器接收经功率放大后的光载波信号，并对经功率放大后的光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将经滤波后的光载波信号发送至光耦合器中。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，光电转换器为：光电二极管。
本发明实施例提供的基于光学频率梳的太赫兹波信号生成方法，激光器生成激光并将激光发送至第一调制器；射频源生成射频信号；第一调制器对射频信号和激光进行调制，生成初始光学频率梳；光学延迟线将初始光学频率梳传输至调制器；第二调制器对射频信号和初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳；波长选择开关从目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器；马赫曾德尔调制器将数字信号中的数据加载至第二频率梳线中，获得初始光载波信号；滤波器对初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号；光耦合器将第一频率梳线和经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号；光电转换器对目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。由于在本发明实施例中，太赫兹波信号是，基于同一个激光器发送的激光生成的光学频率梳中，频率间隔为预设间隔的两个频率梳线生成的，由于这两个频率梳线为从一个光学频率梳中选择的，因此，这两个频率梳线的频率间隔较为稳定，进而使得生成的太赫兹波信号的频率较为稳定。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统，其特征在于，所述系统包括：
激光器，用于生成激光，并将所述激光发送至第一调制器；
射频源，用于生成射频信号，并将所述射频信号分别发送至所述第一调制器和第二调制器；
所述第一调制器，用于接收所述激光和所述射频信号，对所述激光和所述射频信号进行调制，生成初始光学频率梳，并将所述初始光学频率梳通过光学延迟线发送至所述第二调制器；
所述光学延迟线，用于将所述初始光学频率梳传输至所述第二调制器；
所述第二调制器，用于接收所述射频信号和所述初始光学频率梳，并对所述射频信号和所述初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳，将所述目标光学频率梳发送至波长选择开关；
所述波长选择开关，用于接收所述目标光学频率梳，并从所述目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器；
所述马赫曾德尔调制器，用于接收所述第二频率梳线和待加载的数字信号，并将所述数字信号中的数据加载至所述第二频率梳线中，获得初始光载波信号，将所述初始光载波信号发送至滤波器；
所述滤波器，用于接收所述初始光载波信号，并对所述初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将所述经滤波后的光载波信号发送至光耦合器中；
所述光耦合器，用于接收所述第一频率梳线和所述经滤波后的光载波信号，并将所述第一频率梳线和所述经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号，将所述目标光载波信号发送至光电转换器；
所述光电转换器，用于接收所述目标光载波信号，并对所述目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率梳线的频率与所述第二频率梳线的频率的平均值，与所述激光的频率相同。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一调制器为：马赫曾德尔调制器，或相位调制器，或同相正交IQ调制器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二调制器为：相位调制器。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统中还包括：第一功率放大器和第二功率放大器；
所述第二调制器在获得所述目标光学频率梳后，通过所述第一功率放大器将所述目标光学频率梳发送至所述波长选择开关；
所述第一功率放大器，用于接收所述目标光学频率梳，并对所述目标光学频率梳进行功率放大处理，获得经功率放大后的光学频率梳，将所述经功率放大后的光学频率梳发送至波长选择开关；
所述波长选择开关，具体用于：接收所述经功率放大后的光学频率梳，并从所述经功率放大后的光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器；
所述马赫曾德尔调制器，在获得初始光载波信号后，通过所述第二功率放大器将所述初始光载波信号发送至所述滤波器；
所述第二功率放大器，用于接收所述初始光载波信号，并对所述初始光载波信号进行功率放大处理，获得经功率放大后的光载波信号，将所述经功率放大后的光载波信号发送至所述滤波器中；
所述滤波器，具体用于：接收所述经功率放大后的光载波信号，并对所述经功率放大后的光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将所述经滤波后的光载波信号发送至所述光耦合器中。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电转换器为：光电二极管。
7.基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的基于光学频率梳的太赫兹波信号的生成系统，所述方法包括：
激光器生成激光，并将所述激光发送至第一调制器；
射频源生成射频信号，并将所述射频信号分别发送至所述第一调制器和第二调制器；
所述第一调制器接收所述激光和所述射频信号，对所述激光和所述射频信号进行调制，生成初始光学频率梳，并将所述初始光学频率梳通过光学延迟线发送至所述第二调制器；
所述光学延迟线将所述初始光学频率梳传输至所述第二调制器；
所述第二调制器接收所述射频信号和所述初始光学频率梳，并对所述射频信号和所述初始光学频率梳进行调制，生成目标光学频率梳，将所述目标光学频率梳发送至波长选择开关；
所述波长选择开关接收所述目标光学频率梳，并从所述目标光学频率梳中选择频率间隔为预设间隔的两条频率梳线，将其中的第一频率梳线发送至光耦合器；将第二频率梳线发送至马赫曾德尔调制器；
所述马赫曾德尔调制器接收所述第二频率梳线和待加载的数字信号，并将所述数字信号中的数据加载至所述第二频率梳线中，获得初始光载波信号，将所述初始光载波信号发送至所述滤波器；
所述滤波器接收所述初始光载波信号，并对所述初始光载波信号进行滤波处理，获得经滤波后的光载波信号，并将所述经滤波后的光载波信号发送至光耦合器中；
所述光耦合器接收所述第一频率梳线和所述经滤波后的光载波信号，并将所述第一频率梳线和所述经滤波后的光载波信号合并为目标光载波信号，将所述目标光载波信号发送至光电转换器；
所述光电转换器接收所述目标光载波信号，并对所述目标光载波信号进行光电转换，获得太赫兹波信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一频率梳线的频率与所述第二频率梳线的频率的平均值，与所述激光的频率相同。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一调制器为：马赫曾德尔调制器，或相位调制器，或IQ调制器。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二调制器为：相位调制器。
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