CN112039595B - 光载太赫兹波/毫米波生成系统及方法、发射机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供光载太赫兹波/毫米波生成系统，其包括光波发生器和集成式强度调制器。光波发生器生成预设数量的相干光梳齿。各集成式强度调制器用于接收光波发生器生成的预设数量的相干光梳齿，并以数据、本振频率对所接收的相干光梳齿进行调制，从而生成调制信号。该集成式强度调制器包括至少两个子调制器，并且该集成式强度调制器还被配置为接收直流偏置电压以调整各调制器输出的调制信号之间的相位。还提供用于光通信的发射机及光载太赫兹波/毫米波生成方法。本申请的方案可避免外部环境对分离后的光波信号影响不一致所导致的相位噪声问题。

Description

光载太赫兹波/毫米波生成系统及方法、发射机
技术领域
本发明涉及通信技术，更为具体地，涉及光载太赫兹波/毫米波生成技术和用于光通信的发射机。
背景技术
随着移动数据流量的爆发式增长，低频段频谱资源日益紧张。无线通信载波频率开始向频率范围为30GHz到300GHz的毫米波和频率范围高达100GHz至10THz的太赫兹(THz)频段发展。
由于太赫兹波高频和大带宽的特点，其相关技术被认为是未来6G移动通信的重要候选技术。传统的基于电子学的全固态太赫兹波产生系统，频率和带宽受到电子瓶颈的限制。为了突破这些电子瓶颈，研究者们提出了基于光子学的太赫兹波产生方案。
根据系统所使用光源的不同，光载太赫兹波产生方案一般可分为两大类：基于双激光器的方案和基于光频梳的方案。就目前而言，无论是哪一种方案，都存在相位噪声的问题。
相位噪声会恶化接收端信号的信噪比，带来严重的误码。采用数字信号处理（DSP）算法补偿相位噪声是有可能的，但DSP算法会带来较大的功耗和延时，且DSP算法需要把数据采集下来进行处理。这都使得采用DSP算法补偿相位噪声在许多场景下不适用，例如，在3D-Full-HD电视和S-HDTV等数据流特别大的场景中就不适用。
因此，有必要改善太赫兹波生成方式。
发明内容
有鉴于此，本申请提供改善的光载太赫兹波/毫米波生成系统。该光载太赫兹波/毫米波生成系统包括光波发生器，其被配置为生成预设数量的相干光梳齿；集成式强度调制器，其被配置为接收所述光波发生器生成的所述预设数量的相干光梳齿，并以数据、本振频率对所接收的相干光梳齿进行调制，从而生成调制信号；其中，所述集成式强度调制器包括至少两个子调制器，以及所述集成式强度调制器还被配置为接收直流偏置电压，以调整所述子调制器输出的调制信号之间的相位。
根据本申请示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统，可选地，所述光波发生器包括：光频梳发生器，其被配置为生成多个相干光梳齿，其中，所述多个相干光梳齿是多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿；第一光纤放大器，其用于接收所述多个相干光梳齿，并被配置为放大所接收的所述相干光梳齿；第一滤波器，其用于接收经由所述第一光纤放大器放大的所述相干光梳齿，并被配置为从所接收的相干光梳齿过滤出所述预设数量的相干光梳齿并发送给所述集成式强度调制器。
根据本申请示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统，可选地，所述光载太赫兹波/毫米波生成系统还包括：第二光纤放大器，其用于接收所述集成式强度调制器生成的调制信号并对其进行放大；第二滤波器，其用于接收经由所述第二光纤放大器放大的信号，对其进行滤波以生成待拍频信号，其中，所述待拍频信号之间的频率间隔为nf和所述本振频率的和，n≥2且n为整数；光电探测器，其用于接收所述待拍频信号，并被配置为对所述待拍频信号进行外差拍频以生成待发射的太赫兹波/毫米波。
根据本申请示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统，可选地，所述光载太赫兹波/毫米波生成系统还包括用于发射所生成的太赫兹波/毫米波的天线。
根据本申请示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统，可选地，所述第一和第二光纤放大器均为掺饵光纤放大器，所述第一滤波器被配置为过滤出两个相干光梳齿，所述集成式强度调制器为双平行马赫-曾德尔调制器。
根据本申请示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统，可选地，所述至少两个子调制器中的每一个均被配置为工作在最小传输点。
根据本申请的又一方面，还提供用于光通信的发射机，所述发射机包括：光波发生器，其被配置为生成预设数量的相干光梳齿；一个或多个子系统，每个子系统均被配置为接收来自光波发生器的所述预设数量的相干光梳齿。每个所述子系统包括：集成式强度调制器，其被配置为接收所述光波发生器生成的所述预设数量的相干光梳齿，并以数据、本振频率对所接收的相干光梳齿进行调制，从而生成调制信号；光纤放大器，其用于接收所述集成式强度调制器生成的调制信号并对其进行放大；滤波器，其用于接收经由所述光纤放大器放大的信号，对其进行滤波以生成待拍频信号；光电探测器，其用于接收所述待拍频信号，并被配置为对所述待拍频信号进行外差拍频以生成待发射的太赫兹波/毫米波；其中，各所述集成式强度调制器包括至少两个子调制器，以及各所述集成式强度调制器还被配置为接收直流偏置电压，以调整所述子调制器输出的调制信号之间的相位。
根据本申请的用于光通信的发射机，可选地，各子系统还包括天线，其用于发射所生成的太赫兹波/毫米波。且在一些示例中，在所述发射机包括多个子系统的情况下，基于相控阵原理排列所述多个子系统的所述天线。
根据本申请的用于光通信的发射机，可选地，所述光波发生器包括：光频梳发生器，其被配置为生成多个相干光梳齿，其中，所述多个相干光梳齿是多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿；前光纤放大器，其用于接收所述多个相干光梳齿，并被配置为放大所接收的所述相干光梳齿；前滤波器，其用于接收经由所述前光纤放大器放大的所述相干光梳齿，并被配置为从所接收的相干光梳齿过滤出所述预设数量的相干光梳齿并发送给所述集成式强度调制器。可选地，所述待拍频信号之间的频率间隔为nf和所述本振频率的和，n≥2且n为整数。
根据本申请的用于光通信的发射机，示例地，所述光纤放大器和所述前光纤放大器均为掺饵光纤放大器，所述前滤波器被配置为过滤出两个相干光梳齿，所述集成式强度调制器为双平行马赫-曾德尔调制器。
根据本申请的用于光通信的发射机，可选地，所述至少两个子调制器中的每一个均被配置为工作在最小传输点。
根据本申请的又一方面，还提供用于光通信的光载波/毫米波生成方法，其包括：由光波发生器生成预设数量的相干光梳齿；将所生成的预设数量的相干光梳齿发送到集成式强度调制器，由集成式强度调制器中的各子调制器以数据、本振频率对所接收的相干光梳齿进行调制；通过施加到所述集成式强度调制器的直流偏置电压来调整各所述子调制器输出的信号之间的相位并由集成式强度调制器输出所述调制信号。
根据本申请的用于光通信的光载波生成方法，可选地，所述由光波发生器生成预设数量的相干光梳齿包括：由光频梳发生器生成多个相干光梳齿，其中，所述多个相干光梳齿是多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿；由光纤放大器放大所述多个相干光梳齿；由滤波器将所述多个相干光梳齿过滤为预设数量的相干光梳齿。
根据本申请的用于光通信的光载波生成方法，可选地，所述方法还包括：放大由所述集成式强度调制器生成的调制信号；对放大后的调制信号进行滤波以生成待拍频信号，其中，所述待拍频信号之间的频率间隔为nf和所述本振频率的和，n≥2且n为整数；对待拍频信号进行外差拍频处理。
根据本申请的用于光通信的光载波生成方法，可选地，所述预设数量为2。
根据本申请的用于光通信的光载波生成方法，可选地，采用双平行马赫-曾德尔调制器作为所述集成式强度调制器。
根据本申请的用于光通信的光载波生成方法，可选地，所述各子调制器被配置为工作在最小传输点。
根据本申请示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统，因采用了集成式强度调制器，使得光波是在集成式强度调制器内部分离，有效避免了外部环境对分离后的光波信号影响不一致的情况。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，本公开的这些特征、不同的方面、和优点将变得更好理解，在所有附图中，相似的字符表示相似的部分，其中：
图1是根据本申请一个实施例的光载太赫兹波/毫米波生成系统的结构示意图；
图2是根据本申请又一个实施例的光载太赫兹波/毫米波生成系统的结构示意图；
图3a是图2中光频梳发生器200所生成的多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿；
图3b是图2中滤波器204的输出示意；
图3c是图2中双平行马赫-曾德尔调制器22输出的调制信号，包括第一调制信号300a和第二调制信号302a；
图3d是图2中第二滤波器26滤波后输出的相干的一个信号光和一个本振光的图示；
图4是根据本申请另一示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统；
图5是根据本申请示例的用于光通信的发射机的结构示意图；
图6是根据本申请示例的光载太赫兹波/毫米波生成方法的流程图；
图7是根据本申请的光载太赫兹波/毫米波生成方法的又一示例的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图和示例详细描述本发明。所描述的实施例仅仅是示例性的，并且表示本发明的实施例的子集。本领域技术人员可以在没有创造性努力的情况下基于本发明的实施例认识到附加实施例，并且所有这些实施例都落入本发明的范围内。
图1是根据本申请一个实施例的光载太赫兹波/毫米波生成系统的结构示意图。如图所示，该光载太赫兹波/毫米波生成系统包括光波发生器10和集成式强度调制器12。光波发生器10被配置生成预设数量的相干光梳齿。集成式强度调制器12为集成器件，接收光波发生器10生成的预设数量的光梳齿，并以数据13、本振（LO）频率（f LO ）15对所接收的相干光梳齿进行调制，从而生成调制信号。
本申请中，太赫兹波/毫米波指示的是太赫兹波或毫米波。例如，根据本申请示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统，可通过调整光波发生器当中的滤波器（例如，下文中的第一滤波器或前滤波器）等来让该光载太赫兹波/毫米波生成系统生成光载太赫兹波或者生成光载毫米波。
在本申请的示例中，预设数量为2，即，光波发生器10生成两个相干光梳齿。下文将以此为例进行阐述，但应理解到，预设数量可应实际应用而为2以外的其它数字。回到图1，对于光波发生器10所生成两个相干光梳齿，在集成式强度调制器12以输入的数据13和本振频率15对该两个光梳齿进行调制，产生调制信号。所产生的调制信号承载相同的数据，只是具有不同的光载波频率。
根据图1示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统因其采用了集成式强度调制器12，使得光波在集成式强度调制器12内部分离，有效避免了外部环境对分离后的光波信号影响不一致的情况。
根据本申请的一些示例，向集成式强度调制器12施加主直流偏置电压（ParentDirect Current, PDC）17，以通过主直流偏置电压 17使输入到集成式强度调制器12中的光波相位变化，以便后面将会产生的光载太赫兹波/毫米波的相位可调。在这些示例中，集成式强度调制器12可包括至少两个子调制器。主直流偏置电压 17改变调制器波导的折射率，因此可调整各子调制器输出的调制信号之间的相位差。待光电探测器在后面的处理中对调制信号进行外差拍频，该相位差将会传递到所生成的太赫兹波/毫米波的相位上。据此，本申请示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统是相位可调的光载太赫兹波/毫米波生成系统。
根据本申请的一些示例，集成式强度调制器12采用双平行马赫-曾德尔调制器（Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulator; DPMZM）。
根据本申请的一些示例，光波发生器10包括光梳齿生成器、光纤放大器和滤波器。光梳齿生成器生成多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿，光纤放大器对所生成的多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿进行放大，滤波器则对放大后的该系列相邻频率间隔为f的相干光梳齿进行滤波，以输出两个频率间隔为nf的相干光梳波，n为整数且n≥2。在这里需要明的是，可通过对滤波器进行配置而输出不止两个相干光梳波，只是在本申请下文的示例中，以生成两个相干光梳波作为示例来说明。此外，所生成的相干光梳齿之间的频率间隔是可根据n的不同而不同的。需要说明的是，光梳齿生成器生成的多个相干光梳齿中，光梳齿的数量以及相邻光梳齿之间的频率间隔f的取值都是可根据采用的光梳齿生成器和实际需求场景配置的，只要光波发生器10能够生成所需要的预设数量的相干光梳齿，以及在应用于发射机时可最终生成太赫兹波/毫米波即可。作为示例，光梳齿生成器可采用光频梳发生器，或可采用诸如相位和频率锁定的激光器，能产生相干的光梳齿即可。
图2是根据本申请又一个实施例的光载太赫兹波/毫米波生成系统的结构示意图。如图所示，该光载太赫兹波/毫米波生成系统包括光波发生器20和双平行马赫-曾德尔调制器22。光波发生器20包括光频梳发生器（Optical Frequency Comb Generation；OFCG）200、光纤放大器202、滤波器204。
光频梳发生器200被配置为产生多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿。图3a示意了光频梳发生器200所生成的多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿。图3a示意了n+1个光梳齿，其中n≥2且n为整数，nf为太赫兹波/毫米波频率量级。图3a中采用实线和虚线对多个光梳齿做了区分，该区分仅在于示意由实线表示的相差nf频率的两个光梳齿，即第一光梳齿300和第n+1光梳齿302将是后续滤波之后保留下来的两个光梳齿。
光频梳发生器200产生的多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿将传送到光纤放大器202用于放大。光纤放大器202在本例中为掺饵光纤放大器（Erbium-Doped FiberAmplifier; EDFA）。光纤放大器202将放大的相干光梳齿传送到滤波器204，由其进行滤波。滤波器204在本例中被设置为仅保留第一光梳齿300和第n+1光梳齿302，即，频率间隔为nf的两个光梳齿。图3b是滤波器204的输出示意。本例中，图3b中两个相干光梳齿，即，第一光梳齿300和第n+1光梳齿302的电场E1可以表示为公式（1）：
Figure 120534DEST_PATH_IMAGE001
(1)
其中，f c 为第一根光梳齿的频率，j表示复数, t为时间。
双平行马赫-曾德尔调制器22接收滤波器204输出的第一光梳齿和第n+1光梳齿，以由输入到双平行马赫-曾德尔调制器22中的数据23和本振频率25调制，从而生成调制信号。双平行马赫-曾德尔调制器22包括第一子调制器220和第二子调制器222，作为示例，两者可被设置为工作在最小传输点。术语工作在最小传输点与本领域技术人员所理解的一致，即，调制器工作在施加给它的直流偏置电压带来的调制器的上下臂的相位差为180°+m*360°的情况下，其中，m为整数。根据本申请，向双平行马赫-曾德尔调制器22施加主直流偏置电压27。主直流偏置电压 27可改变调制器光波导的折射率，使得通过第一子调制器220和第二子调制器222输出的调制信号产生相位差。图3c是双平行马赫-曾德尔调制器22输出的调制信号，包括第一调制信号300a和第二调制信号302a。图中位于第一调制信号300a两侧的分别为第一本振光3001和第二本振光3002，而位于第二调制信号302a两侧的分别为第三本振光3003和第四本振光3004。
在图2的示例中，由滤波器204筛选出的两个相干光梳齿，即第一光梳齿300和第n+1光梳齿302，在双平行马赫-曾德尔调制器 22中被数据和本振频率调制。因为双平行马赫-曾德尔调制器 22是集成器件，所以光信号在其中不会引入物理光学路径分离所导致的相位噪声。并且，如上面所提到的，双平行马赫-曾德尔调制器22的两个子调制器均被偏置在最小传输点，实现载波抑制双边带调制（Carrier suppressed - Double Sidebands; CS-DSB），从而抑制光载波，产生信号光和本振光。在小信号调制下，双平行马赫-曾德尔调制器22的输出电场E2可以表示为公式（2）：
Figure 922268DEST_PATH_IMAGE002
其中，s(t)是输入的数据信号，f LO 是本振频率，m 1 和m 2 分别是第一子调制器220和第二子调制器222的调制因子，φPDC是双平行马赫-曾德尔调制器 22的主直流偏置电压 27带来的光信号的相位差。在小信号调制下，双平行马赫-曾德尔调制器 22的输出示意在图3c中。
在此结合图2描述的光载太赫兹波/毫米波生成系统，可选地，可进一步包括用于接收双平行马赫-曾德尔调制器 22输出的两个调制信号的光纤放大器以及与该放大器连接的滤波器。为了区别于上文描述的光波发生器中的光纤放大器202和滤波器204，将设置在双平行马赫-曾德尔调制器 22输出端的放大器、滤波器分别称作第二光纤放大器和第二滤波器，相应地，将上文图2中的光纤放大器202称作第一光纤放大器，滤波器204称作第一滤波器。第二光纤放大器用于对双平行马赫-曾德尔调制器 22输出两个调制信号进行放大，而第二滤波器包括对第二光纤放大器的输出进行滤波。
回到图2，可选地，光载太赫兹波/毫米波生成系统还包括第二光纤放大器24、第二滤波器26和光电探测器。在本申请的各例子中，示例而非限制地，光电探测器采用单行载流子光电探测器（Uni-Traveling-Carrier Photodiode; UTC-PD）28。第二光纤放大器24放大输入的信号并由第二滤波器26滤波。第二滤波器26滤波后输出一个信号光和一个本振光，两者之间的频率间隔为nf与本振频率的和。本示例中，第二滤波器26的输出示意在图3d中，为第一调制信号300a和第四本振光3004。需要说明的是，第二滤波器26是可配置的，通过配置可输出不同组合的信号光（即，调制信号）和本振光，如第一信号光和第三本振光，第二信号光和第一本振光等。图3d示意的相干的信号光和本振光的电场E3可以表示为公式（3）：
Figure 939903DEST_PATH_IMAGE003
(3)
其中，各参数已在上文结合公式（1）和（2）描述，就不再赘述。
第二滤波器26输出的两个相干光波，即第二信号光和第一本振光的光梳齿均已经在第一子调制器220和第二子调制器222中实施了CS-DSB调制。由于滤波器204筛选出的两个相干光梳齿，在第一子调制器220和第二子调制器222中均实施载波抑制双边带调制CS-DSB，抑制了光载波，降低了进入单行载流子光电探测器 28的无用光功率，提升了光载太赫兹波/毫米波生成系统的接收灵敏度。数据信号和导频信号分别用于驱动第一子调制器220和第二子调制器222，使得数据信号和导频信号的隔离度得到了有效保障，降低了信号调制过程中的相互干扰。此外，因数据信号为基带信号，所以按照本申请的示例，亦降低了对双平行马赫-曾德尔调制器带宽的需求。
第二滤波器26滤波后输出的信号，被传输到单行载流子光电探测器28中，进行外差拍频。在本例中，忽略单行载流子光电探测器 28产生的直流项，单行载流子光电探测器28产生的太赫兹光电流i(t)可以公式（4）表示为：
Figure 293524DEST_PATH_IMAGE004
(4)
其中，
Figure 701502DEST_PATH_IMAGE005
是E3的共轭，其余参数已在上文介绍。
根据本申请的一些示例，还可增加天线。例如，图2所示的系统增加天线30，以将单行载流子光电探测器 28拍频处理后的信号发射出去。作为示例，天线例如为图2所示的喇叭天线（Horn Antenna；HA）。
按照本申请的一些示例，图1和图2所示的光载太赫兹波/毫米波生成系统可包括不止一个集成式强度调制器。也就是说，一个光波发生器，例如图1的光波发生器10或图2的光波发生器20，生成的两个相干光梳齿可被并行输送给多个集成式强度调制器，由它们各自进行处理。可选地，在每一个集成式强度调制器后面可设置第二光纤放大器、第二滤波器、单行载流子光电探测器和天线。这种情况下，相当于一个光波发生器输出的光梳齿被传送到多个由集成式强度调制器、第二光纤放大器、第二滤波器、单行载流子光电探测器和天线依次连接构成的通信信道中。
根据本申请，光载太赫兹波/毫米波生成系统可以包括一个光波发生器和多个并行连接到该光波发生器的多个集成式强度调制器。该一个光波发生器生成预设数量的、相邻频率间隔为f的相干光梳齿，每个集成式强度调制器都接收该预设数量的相干光梳齿，生成调制信号。例如，图1所示的多个集成式强度调制器12并行连接到光波发生器10，多个集成式强度调制器12中的每一个都接收光波发生器10输出的两个相干光数齿，调制后生成调制信号。
图4是根据本申请另一示例的光载太赫兹波/毫米波生成系统。与图2所示的例子相比，区别在于，图4的示例中，光载太赫兹波/毫米波生成系统中一个光波发生器20对应多个子通道CH1~CHK。在图4中，每个子通道包括双平行马赫-曾德尔调制器 22。多个双平行马赫-曾德尔调制器 22并行连接到同一光波发生器20。由此，光波发生器20生成的预设数量的相干光梳齿被送到每个通道的双平行马赫-曾德尔调制器22中。在此，预设数量例如为2，光波发生器20生成2个相干光梳齿。
根据图4的示例，在一些情况下，各子通道还包括第二光纤放大器24、第二滤波器26。各双平行马赫-曾德尔调制器 22以外部输入的数据和本振频率对这两个相干光梳齿进行调制，产生的调制信号输入到与其连接的第二光纤放大器24。
第二光纤放大器24将放大后的信号送到第二滤波器26，以通过滤波生成待拍频信号。根据图4的示例，在又一些情况下，各子通道还可包括单行载流子光电探测器 28。待拍频信号被发送给单行载流子光电探测器 28，由其进行外差拍频后生成太赫兹波/毫米波，并将其送入天线30发射。
需要说明的是，因为图的关系，多个子通道CH1~CHK中，仅面向读者的最外侧的子通道CHK的各部件被示出在图4中。此外，图4所给出的示例中，各部件并不以所示意的为限制，比如光波发生器可以相位和频率锁定的激光器来替代光频梳发生器；其余各部件也可采用其它替代方式，只要能达成要实现的功能即可。
根据本申请的一些示例，还提供用于光通信的发射机。图5是根据本申请示例的用于光通信的发射机的结构示意图。如图所示，该发射机包括光波发生器50、一个子系统或多个子系统，其中，子系统由子系统1、子系统2到子系统K指示，K为整数且大于或等于2。一个子系统相当于一个信号传输通道。各子系统以并行连接的方式连接到光波发生器50。光波发生器50生成的信号传送给每一个子系统。
根据本申请的示例，各子系统包括集成式强度调制器52、光纤放大器54、滤波器56、光电探测器58和天线60。集成式强度调制器52被配置为接收光波发生器50生成的预设数量的相干光梳齿，并以数据53、本振频率55对所接收的相干光梳齿进行调制，从而生成调制信号。施加到各子系统的集成式强度调制器52的主直流偏置电压不同，用于波束赋形。示例地，可以通过使相邻子系统的集成式强度调制器52的主直流偏置电压产生的光相位差ΔφPDC一致的方式来设置要施加到各集成式强度调制器52的主直流偏置电压。光纤放大器54接收集成式强度调制器52生成的调制信号并对其进行放大。放大后的调制信号被输送到滤波器56中以对其进行滤波从而生成待拍频信号。光电探测器58（例如为单行载流子光电探测器）对该待拍频信号进行外差拍频处理，随后由天线60将拍频后的信号发射出去。
示例地，预设数量为2，即，光波发生器50生成2个相干光梳齿，这两个相干光梳齿的间隔频率例如大于100GHz。
光波发生器50包括光频梳发生器500、前光纤放大器502、和前滤波器504。光频梳发生器500被配置为生成多个相干光梳齿，其中，多个相干光梳齿是多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿。前光纤放大器502用于接收该多个相干光梳齿，并被配置为放大所接收的相干光梳齿。前滤波器504接收经由前光纤放大器502放大的相干光梳齿，并被配置为从所接收的相干光梳齿过滤出预设数量的相干光梳齿，并发送给集成式强度调制器52。需要说明的是前光纤放大器502、前滤波器504中的“前”是为了将它们与设置在集成式强度调制器52输出端的光纤放大器54和滤波器56区分开，并无其它任何限定。
作为示例，集成式强度调制器52包括两个子调制器。集成式强度调制器52还被配置为接收主直流偏置电压，通过主直流偏置电压在各子调制器输出的调制光信号之间产生相位差。光纤放大器54放大集成式强度调制器52的输出，并将放大的信号输送到滤波器56，由其过滤出期望的信号，该信号被输送到光电探测器58。光电探测器58对输入其中的信号进行外差拍频处理以生成待发射的太赫兹波/电磁波。此时，前面由主直流偏置电压在各子调制器输出的调制光信号之间产生相位差被转移到了拍频后生成的太赫兹波/电磁波上。由此，图5所示的发射机是光载波相位可控的发射机。集成式强度调制器52包括更多子调制器是有可能的。此外，在本例中，可将子调制器设置为工作在最小传输点。
示例地，图5中的光频梳发生器500可由相位和频率锁定的激光器替代。示例地，集成式强度调制器52可采用双平行马赫-曾德尔调制器。
根据本申请的一些示例，用于光通信的发射机可以是采用了上文结合各示例描述的光载太赫兹波/毫米波生成系统的发射机。
图6是根据本申请示例的光载太赫兹波/毫米波生成方法的流程图。下文将结合图2描述该方法。需要说明的是，该方法也可应用在其它系统或设备中，例如图1、图4所示的光载太赫兹波/毫米波生成系统和图5所示的发射机等。
参考图6和图2，在步骤S600，由光波发生器20生成预设数量的相干光梳齿。在步骤S602，在将所生成的预设数量的相干光梳齿发送到双平行马赫-曾德尔调制器22，由其以数据23、本振频率25对所接收的相干光梳齿进行调制以生成调制信号。
图7是根据本申请光载太赫兹波/毫米波生成方法的又一示例的流程图。同时参考图2和图7。
在步骤S700，由光频梳发生器200生成多个相干光梳齿，其中，所述多个相干光梳齿是多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿。
在步骤S702，由光纤放大器202放大该多个相干光梳齿。
在步骤S704，由滤波器204将该多个相干光梳齿滤波为预设数量的相干光梳齿。示例地，预设数量为2。
在步骤S706，由双平行马赫-曾德尔调制器22中的各子调制器以数据23、本振频率25对所接收的相干光梳齿进行调制；以及，由施加到双平行马赫-曾德尔调制器22的主直流偏置电压27以在该双平行马赫-曾德尔调制器22中各子调制器的调制光信号之间产生相位差；其中，各子调制器例如被配置为工作在最小传输点。
在步骤S708，由第二光纤放大器24放大由双平行马赫-曾德尔调制器22生成的调制信号。
在步骤S710，由第二滤波器26对放大后的调制信号进行滤波以生成待拍频信号。
在步骤S712，由单行载流子光电探测器 28对待拍频信号进行外差拍频处理以生成待发射的太赫兹波/毫米波，在此，在该双平行马赫-曾德尔调制器22中子调制器的调制光信号之间产生相位差被转移到所生成的太赫兹波/毫米波的相位上。
在步骤S712生成待发射的太赫兹波/毫米波可被天线30发射出去，如步骤S714所示。
采用图6或图7所示的生成光载太赫兹波/毫米波的方法，因为将相干光梳齿送到集成式调制器中进行调制，最大程度避免了外部环境对分离后的光波信号影响不一致的情况。并且，在一些例子中，还通过施加到集成式调制器的直流偏置电压（根据上下文，也称作主直流偏置电压）在子调制器的调制光信号之间产生相位差，并最终将该相位差转移到所生成的太赫兹波/毫米波相位上，从而实现了相位可调整的太赫兹波/毫米波的生成过程。
在本申请所给出的示例中，f例如为20GHz，n例如为10，则光频梳发生器生成11条相干光梳齿，相邻光梳齿的频率间隔f为20GHz。本振频率fLO例如为30GHz，则待拍频信号间的频率间隔为nf与本振频率fLO的和，即，230GHz。
在以上各示例中，经由主直流偏置电压而在集成式强度调制器（例如双平行马赫-曾德尔调制器）的子调制器的输出的调制光信号之间产生的相位差（φPDC ）被传递到最终产生的太赫兹波/毫米波的相位上。据此，按照本申请各示例，通过调节施加到双平行马赫-曾德尔调制器的主直流偏置电压，即可实现对所产生的太赫兹波/毫米波相位的控制。
由于在整个调制和光滤波过程中，没有引入物理光学路径分离带来的相位噪声，所以产生的太赫兹波/毫米波具有很高的相位稳定性。在太赫兹波/毫米波的产生过程中，未涉及电子器件的使用，因而产生的太赫兹波/毫米波理论上不受电子器件瓶颈的限制。
据此，根据本申请的示例可实现单通道、低相噪、相位可调的光载太赫兹波/毫米波的生成，而无需在接收端使用DSP算法。
此外，在例如结合图4和图5等所描述的多通道或多子系统的实施例中，对多个低相噪、相位可调的光载太赫兹波/毫米波通道，调节每个通道双平行马赫-曾德尔调制器的主直流偏置电压，使得相邻两个通道产生的太赫兹波/毫米波的相位差ΔφPDC相等，如公式（5）：
Figure 431561DEST_PATH_IMAGE006
(5)
其中，φPDC 为集成式强度调制器的子调制器所输出的调制光信号之间的相位差；φPDC 下标中的K、K+1和K-1是用来指示φPDC 所归属的通道；其中，K表示通道数，K≥2且K为整数，K为本通道的话，K+1和K-1则为本通道相邻两个通道。
按照本申请的一些示例，可将各子系统或各个通道的天线按照相控阵的原理进行排布，即可实现太赫兹波/毫米波的波束赋形，提升太赫兹波的无线传输距离。通过对施加到各个双平行马赫-曾德尔调制器的主直流偏置电压进行协同控制，可实现太赫兹波/毫米波波束对空间的扫描。
综上，根据本申请示例的方案，因采用集成式强度调制器，可避免外部环境对分离后的光波信号影响不一致所导致的相位噪声问题，同时，还可通过施加主直流偏置电压给该集成式强度调制器来实现对最终产生的太赫兹波/毫米波信号相位的调谐。
已结合附图阐述了本申请的多个示例，但以上各示例和实施方式仅为示意而非限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，都应由本申请权利要求的保护范围所涵盖。

Claims (15)

1.一种相位可调的调制信号生成系统，其用于光载太赫兹波/毫米波的生成，其特征在于，所述调制信号生成系统包括：
光波发生器，其被配置为生成预设数量的相干光梳齿；
集成式强度调制器，其被配置为接收所述光波发生器生成的所述预设数量的相干光梳齿，并以数据、本振频率对所接收的相干光梳齿进行调制，从而生成调制信号；
其中，所述集成式强度调制器包括至少两个子调制器，并且所述集成式强度调制器还被配置为接收直流偏置电压以调整所述至少两个子调制器输出的调制信号之间的相位；以及
其中，所述至少两个子调制器均被配置为偏置在最小传输点来进行载波抑制双边带调制，从而抑制光载波。
2.根据权利要求1所述的调制信号生成系统，其特征在于，所述光波发生器包括：
光频梳发生器，其被配置为生成多个相干光梳齿，其中，所述多个相干光梳齿是多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿；
第一光纤放大器，其用于接收所述多个相干光梳齿，并被配置为放大所接收的所述多个相干光梳齿；以及
第一滤波器，其用于接收经由所述第一光纤放大器放大的所述多个相干光梳齿，并被配置为从所接收的所述多个相干光梳齿过滤出所述预设数量的相干光梳齿并发送给所述集成式强度调制器。
3.根据权利要求2所述的调制信号生成系统，其特征在于，还包括：
第二光纤放大器，其用于接收所述集成式强度调制器生成的所述调制信号并对其进行放大；
第二滤波器，其用于接收经由所述第二光纤放大器放大的信号，对其进行滤波以生成待拍频信号，其中，所述待拍频信号之间的频率间隔为nf与所述本振频率的和，n≥2且n为整数；
光电探测器，其用于接收所述待拍频信号，并被配置为对所述待拍频信号进行外差拍频以生成待发射的太赫兹波/毫米波；以及
其中，所述光频梳发生器生成的多个相干光梳齿至少为n+1个相干光梳齿。
4.根据权利要求3所述的调制信号生成系统，其特征在于，所述第一光纤放大器和所述第二光纤放大器均为掺饵光纤放大器，所述第一滤波器被配置为过滤出两个相干光梳齿，所述集成式强度调制器为双平行马赫-曾德尔调制器。
5.一种用于光通信的发射机，其特征在于，所述发射机包括：
光波发生器，其被配置为生成预设数量的相干光梳齿；以及
一个或多个子系统，每个所述子系统均被配置为接收来自所述光波发生器的所述预设数量的相干光梳齿，每个所述子系统包括：
集成式强度调制器，其被配置为接收所述光波发生器生成的所述预设数量的相干光梳齿，并以数据、本振频率对所接收的相干光梳齿进行调制，从而生成调制信号；
光纤放大器，其用于接收所述集成式强度调制器生成的所述调制信号并对其进行放大；
滤波器，其用于接收经由所述光纤放大器放大的信号，对其进行滤波以生成待拍频信号；以及
光电探测器，其用于接收所述待拍频信号，并被配置为对所述待拍频信号进行外差拍频以生成待发射的太赫兹波/毫米波；
其中，各所述集成式强度调制器包括至少两个子调制器，以及各所述集成式强度调制器还被配置为接收直流偏置电压，以调整所述至少两个子调制器输出的调制信号之间的相位；以及
其中，所述至少两个子调制器均被配置为偏置在最小传输点来进行载波抑制双边带调制，从而抑制光载波。
6.根据权利要求5所述的用于光通信的发射机，其特征在于，每个所述子系统还包括：
天线，其用于发射所述待发射的太赫兹波/毫米波。
7.根据权利要求6所述的用于光通信的发射机，其特征在于，在所述发射机包括所述多个子系统的情况下，基于相控阵原理排列所述多个子系统的所述天线。
8.根据权利要求5所述的用于光通信的发射机，其特征在于，所述光波发生器包括：
光频梳发生器，其被配置为生成多个相干光梳齿，其中，所述多个相干光梳齿是多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿；
前光纤放大器，其用于接收所述多个相干光梳齿，并被配置为放大所接收的所述多个相干光梳齿；以及
前滤波器，其用于接收经由所述前光纤放大器放大的所述多个相干光梳齿，并被配置为从所接收的相干光梳齿过滤出所述预设数量的相干光梳齿并发送给所述集成式强度调制器。
9.根据权利要求8所述的用于光通信的发射机，其特征在于，所述待拍频信号之间的频率间隔为nf和所述本振频率的和，n≥2且n为整数，以及所述光频梳发生器生成的多个相干光梳齿至少为n+1个相干光梳齿。
10.根据权利要求8所述的用于光通信的发射机，其特征在于，所述光纤放大器和所述前光纤放大器均为掺饵光纤放大器，所述前滤波器被配置为过滤出两个相干光梳齿，所述集成式强度调制器为双平行马赫-曾德尔调制器。
11.一种相位可调的调制信号生成方法，其用于光载太赫兹波/毫米波的生成，其特征在于，所述方法包括：
由光波发生器生成预设数量的相干光梳齿；
将所生成的预设数量的相干光梳齿发送到集成式强度调制器，由所述集成式强度调制器中的各子调制器以数据、本振频率对所接收的相干光梳齿进行调制；以及
通过施加到所述集成式强度调制器的直流偏置电压来调整各所述子调制器输出的调制信号之间的相位，并由所述集成式强度调制器输出所述调制信号；以及
其中，所述各子调制器均被配置为偏置在最小传输点来进行载波抑制双边带调制，从而抑制光载波。
12.根据权利要求11所述的调制信号生成方法，其特征在于，所述由光波发生器生成预设数量的相干光梳齿包括：
由光频梳发生器生成多个相干光梳齿，其中，所述多个相干光梳齿是多个相邻频率间隔为f的相干光梳齿；
由光纤放大器放大所述多个相干光梳齿；以及
由滤波器将所述多个相干光梳齿过滤为所述预设数量的相干光梳齿。
13.根据权利要求12所述的调制信号生成方法，其特征在于，所述方法还包括：
放大由所述集成式强度调制器生成的所述调制信号；
对放大后的所述调制信号进行滤波以生成待拍频信号，其中，所述待拍频信号之间的频率间隔为nf和所述本振频率的和，n≥2且n为整数；
对所述待拍频信号进行外差拍频处理；以及
其中，由所述光频梳发生器生成的多个相干光梳齿至少是n+1个相干光梳齿。
14.根据权利要求11到13中任意一项所述的调制信号生成方法，其特征在于，所述预设数量为2。
15.根据权利要求11到13中任意一项所述的调制信号生成方法，其特征在于，采用双平行马赫-曾德尔调制器作为所述集成式强度调制器。
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