JP2019508720A

JP2019508720A - 単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システム、テラヘルツ発生装置、及び、テラヘルツ検出装置

Info

Publication number: JP2019508720A
Application number: JP2018524759A
Authority: JP
Inventors: ▲鄭▼渚; ▲楊▼彬; 丁▲慶▼
Original assignee: Shenzhen Institute Of Terahertz Technology And Innovation Co Ltd; China Communication Technology Co Ltd; Shenzhen Institute of Terahertz Technology and Innovation
Current assignee: Shenzhen Institute Of Terahertz Technology And Innovation Co Ltd; China Communication Technology Co Ltd; Shenzhen Institute of Terahertz Technology and Innovation
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2037-10-16
Also published as: JP6635620B2; CN106299978A; CN106299978B; WO2018072661A1

Abstract

【課題】高パワー、高レートのテラヘルツパルス信号通信を実現する。
【解決手段】本発明は単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システムに関するものである。単一走行キャリア光検出器のテラヘルツ発生システムは、ピコ秒パルスレーザーと、伝送モジュールと、ビームスプリッターと、振幅変調モジュールと、単一走行キャリア光検出器と、テラヘルツ検出装置と、を備える。ピコ秒パルスレーザーが繰返し周波数の高いピコ秒レベルのパルスレーザー光を発射して、伝送モジュールの伝送を経て、かつピコ秒パルスレーザー光のスペクトルの広がりを実現することで、パルス幅は数十から数百フェムト秒であるものを得ることができる。続いて振幅変調モジュールで変調された後、単一走行キャリア光検出器に入力する。単一走行キャリア光検出器が大光度、高レート伝送特性を実現できるため、高パワー、高レートのテラヘルツパルス信号を励起することで、高パワー、高レートのテラヘルツパルス信号通信を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はテラヘルツの技術分野に関し、特に、単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システムに関するものである。

テラヘルツ帯域について、そのデバイス面で光学帯域に匹敵する巨大な帯域幅の資源のため、次世代通信の目標帯域の一つとみなされている。テラヘルツ帯域では、連続波（点搬送波）を使う通信システムについて、十分な研究がなされて、光学帯域の通信と類比すると、連続波に対する変調や信号発射方式のほか、パルス発射の使用も主流の方式になり、連続波変調発射と対比すると、パルス発射では帯域幅がもっと大きくて、通信速度がもっと高くて、パルス保持距離がもっと長くなるというメリットがある。

現在、テラヘルツ帯域で、連続波変調は信号ロードの主流の方式であり、パルス変調では、繰返し率（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅ）が低く、パルスパワーが小さいなどの問題で高速伝送の実現が困難になる。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、繰返し率が高く、パルスパワーが大きい単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システムを提供することを目的とする。

単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システムであって、
ピコ秒パルスレーザー光を発射するピコ秒パルスレーザーと、
前記ピコ秒パルスレーザー光を伝送し、前記ピコ秒パルスレーザー光の広がりを実現する伝送モジュールと、
広がったピコ秒パルスレーザー光をポンプ光とプローブ光とに分けるビームスプリッターと、
前記ポンプ光と前記プローブ光をそれぞれ受け、前記ポンプ光に対してスイッチ信号変調を行い、前記プローブ光に対して光強度変調を行う振幅変調モジュールと、
前記ポンプ光の伝搬方向に設け、前記ポンプ光を励起して、テラヘルツパルス信号を放射する単一走行キャリア光検出器と、
前記プローブ光を受け、前記テラヘルツパルス信号を検出するテラヘルツ検出装置と、を備えることを特徴とするテラヘルツ発生システム。

一つの実施例では、前記伝送モジュールが、ピコ秒パルスレーザー光を伝送し、前記ピコ秒パルスレーザー光を広がる高非線形ファイバを備える。

一つの実施例では、前記伝送モジュールが、前記高非線形ファイバと接続し、前記広がり処理のピコ秒パルスレーザー光に対して分散補償を行うシングルモードファイバをさらに備える。

一つの実施例では、前記振幅変調モジュールが、前記ポンプ光の伝搬方向に設け、スイッチ変調信号をロードする第１振幅変調器と、
前記プローブ光の伝搬方向に設け、前記プローブ光に対して光強度変調を行う第２振幅変調器と、を備える。

一つの実施例では、前記テラヘルツ検出装置が、前記ポンプ光と前記プローブ光の時間遅延を調節する光学遅延線モジュールと、前記テラヘルツパルス信号を検出する光伝導アンテナと、を備える。

一つの実施例では、前記テラヘルツ検出装置が、前記ポンプ光と前記プローブ光の時間遅延を調節する光学遅延線モジュールと、前記テラヘルツパルス信号を検出する包絡線検波器と、を備える。

一つの実施例では、前記ピコ秒パルスレーザーと伝送モジュールとの間に設け、ピコ秒パルスレーザー光に対して増幅処理を行うエルビウム添加ファイバ増幅器を、さらに備える。

一つの実施例では、前記ビームスプリッターが光ファイバスプリッターであり、前記光ファイバスプリッターの入力側が前記シングルモードファイバと接続し、前記光ファイバスプリッターの第１出力側が前記ポンプ光を出力し、前記光ファイバスプリッターの第２出力側が前記プローブ光を出力する。

一つの実施例では、前記ビームスプリッターがビームスプリッターミラーである。

一つの実施例では、前記ピコ秒パルスレーザーの繰返し周波数が１０ＧＨｚ以上である。

上記の単一走行キャリア光検出器のテラヘルツ発生システムは、ピコ秒パルスレーザーと、伝送モジュールと、ビームスプリッターと、振幅変調モジュールと、単一走行キャリア光検出器と、テラヘルツ検出装置と、を備える。ピコ秒パルスレーザーが繰返し周波数の高いピコ秒レベルのパルスレーザー光を発射して、伝送モジュールの伝送を経て、かつピコ秒パルスレーザー光のスペクトルの広がりを実現することで、パルス幅は数十から数百フェムト秒であるものを得ることができる。続いて振幅変調モジュールで変調された後、単一走行キャリア光検出器に入力する。単一走行キャリア光検出器が大光度、高レート伝送の特性を実現できるため、高パワー、高レートのテラヘルツパルス信号を励起することで、高パワー、高レートのテラヘルツパルス信号通信を実現することができる。

単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システムの光路図である。

本発明を理解するために、以下の図面を参照して、本発明をより全面的に説明する。図に本発明の好ましい実施例を示す。しかし、本発明は、かかる実施例に限らず、多くの異なる形式で実現することができる。逆に、これらの実施例を提供する目的は、本発明の公開内容への理解をさらに全面的に明確にするためである。

別に定義しない限り、本明細書で使用されているすべての技術と科学用語は、本発明の技術分野の技術者が一般的に理解する意味と同じである。本説明書で使用されている用語は、具体的な実施例を説明するためであり、本発明を制限するものではない。本明細書で使用されている用語「および／または」は、一つまたは複数の関連項目の任意の組み合わせとすべての組み合わせを含む。

図１に単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システムの光路図を示す。単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システムは、ピコ秒パルスレーザー１と、伝送モジュール３と、ビームスプリッター４と、振幅変調モジュール５と、単一走行キャリア光検出器６と、テラヘルツ検出装置７と、を備える。ピコ秒パルスレーザー１が繰返し周波数の高いピコ秒レベルのパルスレーザー光を発射して、伝送モジュール３の伝送を経て、かつピコ秒パルスレーザー光のスペクトルの広がりを実現することで、パルス幅は数十から数百フェムト秒であるものを得ることができる。続いて振幅変調モジュール５で変調された後、単一走行キャリア光検出器６に入力する。単一走行キャリア光検出器６が大光度、高レート伝送の特性を実現できるため、高パワー、高レートのテラヘルツパルス信号を励起することで、高パワー、高レートのテラヘルツパルス信号通信を実現することができる。また、テラヘルツ検出装置７は、放射されたテラヘルツパルス信号を検出することができる。

ピコ秒パルスレーザー１はピコ秒パルスレーザー光を発射する。ピコ秒パルスレーザー１はパルス幅がピコ秒であるレーザーである。ピコ秒レベルの超短パルス幅、繰り返し周波数が調整可能、パルスエネルギーが高いなどの特徴がある。一つの実施例で、ピコ秒パルスレーザー１の繰返し周波数が１０ＧＨｚ以上であり、そのパルス幅が約１．５ピコ秒（ｐｓ）である。

一つの実施例で、単一走行キャリア光検出器６に基づくテラヘルツ発生システムは、ピコ秒パルスレーザー１と伝送モジュール３との間に設け、ピコ秒パルスレーザー光に対して増幅処理を行うエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥｒｂｉｕｍＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＡｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＥＤＦＡ）２を、さらに備える。入力されたピコ秒パルスレーザー光にとって、パルス幅が一定である場合で、明らかにそのピークパワーが高いほど、スペクトルの広がりの効果もよくなり、パルスがエルビウム添加ファイバ増幅器２により増幅されると、そのピークパワーを高めることができる。

ほかの実施例で、光ファイバラマン増幅器（ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＲａｍａｎＡｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＯＦＲＡ）を用いて、パルスレーザー光の増幅を実現し、ピコ秒パルスレーザー光のピークパワーを提供するようにしてよい。

伝送モジュール３は、前記ピコ秒パルスレーザー光を伝送し、前記ピコ秒パルスレーザー光の広がりを実現する。前記伝送モジュール３は、ピコ秒パルスレーザー光を伝送し、前記ピコ秒パルスレーザー光を広がる高非線形ファイバ（ＨｉｇｈＮｏｎｌｉｎｅａｒＦｉｂｅｒ，ＨＮＬＦ）３−１を備える。小さいポンプ光パワーと短い高非線形ファイバ３−１だけで、高効率の非線形効果を達成することができる。該高非線形ファイバ３−１の超連続スペクトル（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ、ＳＣ）の発生効率を高めることで、パルススペクトルの広がりを実現することができる。

前記伝送モジュール３は、前記高非線形ファイバ３−１と接続し、前記広がり処理のピコ秒パルスレーザー光に対して色分散補償を行うシングルモードファイバ（ＳｉｎｇｌｅＭｏｄｅＦｉｂｅｒ，ＳＭＢ）３−２をさらに備える。

エルビウム添加ファイバ増幅器２で増幅されたピコ秒パルスレーザー光が高正常色分散の高非線形ファイバ３−１により、スペクトルの広がりの線形正チャープＳＣパルスを得た後、相応の長さの基準シングルモードファイバ３−２によりチャープ補償圧縮を行うことで、パルスのピークパワーを再び高めるとともに、分散補償を行うことができる。このように、パルス幅は数十から数百フェムト秒であり、繰返し周波数が１０ＧＨｚ以上にもあるピコ秒パルスレーザー光を得、スペクトルの広がりを実現することができる。

本実施例で、単一走行キャリア光検出器６に基づくテラヘルツ発生システムにおいて、ビームスプリッター４、振幅変調モジュール５、単一走行キャリア光検出器６およびテラヘルツ検出装置７の間で、ピコ秒パルスレーザー光を伝送するように、高非線形ファイバ３−１を設けるようにしてもよい。伝送スペースのサイズを大幅に縮小することができ、小型化と同時に、インストールやデバッグに便利である。

ビームスプリッター４は、広がったピコ秒パルスレーザー光をポンプ光とプローブ光とに分ける。一つの実施例では、ビームスプリッター４が光ファイバスプリッター（Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）４であり、前記光ファイバスプリッター４の入力側が前記シングルモードファイバ３−２と接続し、前記光ファイバスプリッター４の第１出力側が前記ポンプ光を出力し、前記光ファイバスプリッター４の第２出力側が前記プローブ光を出力する。

ほかの実施例で、前記ビームスプリッター４がビームスプリッターミラーであってよい。具体的なビームスプリッター４の選択は実際のニーズに応じて設定することができる。

振幅変調モジュール５は、前記ポンプ光と前記プローブ光をそれぞれ受け、前記ポンプ光に対してスイッチ信号変調を行い、前記プローブ光に対して光強度変調を行う。前記振幅変調モジュール５は、第１振幅変調器（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＡＭ）５−１と、第２振幅変調器５−２と、を備える。第１振幅変調器５−１および第２振幅変調器５−２が、ピコ秒パルスレーザー光の時間と同期する。

前記第１振幅変調器５−１が前記ポンプ光の伝搬方向に設け、スイッチ変調信号をロードし、オンオフキーイング（ＯｎＯｆｆＫｅｙｉｎｇ，ＯＯＫ）とも呼ばれる。即ち、ポンプ光の振幅は、デジタルベースバンド信号（デジタルベースバンド信号がバイナリーである）によって変化するデジタル変調であり、それは単極の非ゼロ復帰シーケンスにより、ポンプ光のオンとオフを制御する。

第１振幅変調器５−１から出力されたピコ秒パルスレーザー光が、単一走行キャリア光検出器６（ＵｎｉＴｒａｖｅｌｉｎｇＣａｒｒｉｅｒＰｈｏｔｏ−ｄｅｔｅｃｔｏｒ，ＵＴＣ−ＰＤ）に入力し、単一走行キャリア光検出器６に設けたリアアンテナにより、テラヘルツパルス信号を放射することができる。単一走行キャリア光検出器６が高い応答度を持ち、大強度入射光と大電流の高レート出力を実現することができ、即ち、プローブ光が単一走行キャリア光検出器６に伝送することだけで、高パワー、高レートのテラヘルツパルス信号を励起することができる。

ピコ秒パルスレーザー光のパワーが大きすぎて、テラヘルツ検出モジュールのデバイスを損害することを避けるために、前記プローブ光の伝搬方向に前記第２振幅変調器５−２が設けられる。第２振幅変調器５−２は、前記プローブ光に対して光強度変調を行う。第２振幅変調器５−２は、検出側のパルス繰返し周波数を数桁低減し、検出側のパワーを小さくすることができる。

第２振幅変調器５−２で変調されたプローブ光がテラヘルツ検出装置７に入るとともに、放射されたテラヘルツパルス信号もテラヘルツ検出装置７に輸送され、さらに放射されたテラヘルツパルス信号を検出する。

一つの実施例では、前記テラヘルツ検出装置７が、前記ポンプ光と前記プローブ光の時間遅延を調節する光学遅延線モジュール７−１と、前記テラヘルツパルス信号を検出する光伝導アンテナ（ＰｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅＡｎｔｅｎｎａ，ＰＣＡ）７−２と、を備える。

もう一つの実施例では、前記テラヘルツ検出装置が、前記ポンプ光と前記プローブ光の時間遅延を調節する光学遅延線モジュールと、前記テラヘルツパルス信号を検出する包絡線検波器と、を備える。また、包絡線検波器は線形／非線形の大バンド幅の包絡線検波器である。もちろん、実際の応用シーンによって適切な検出器を選択することができ、例えば、線形／非線形の大バンド幅の包絡線検波器や光伝導アンテナであるが、これに限らない。

上記の単一走行キャリア光検出器６に基づくテラヘルツ発生システムによると、高繰返し率のピコ秒パルス発生装置を利用して１０ＧＨｚ以上のパルスを発生させるとともに、単一走行キャリアフォトダイオード（ＵＴＣ−ＰＤ）を利用してテラヘルツ発射のパワーを確保し、高レートのテラヘルツパルス通信を実現することができる。

上記の実施例の各構成要件が任意に組み合わせることができ、説明を簡潔にするために、上記の実施例の各構成要件の可能なすべての組合せを説明していないが、これらの構成要件の組み合わせは矛盾しない限り、本明細書に記載された範囲と考えるべきである。

以上の実施例は、本発明のいくつかの実施形態を表し、その説明は比較的に具体的かつ詳細であるが、それによって特許の範囲の制限として理解することはできない。本技術分野の一般技術者にとって、本発明の構想を逸脱しない前提で、いくつかの変形と改善を行うことができ、これらは本発明の保護範囲に属している。よって、本発明特許の保護範囲は、添付の特許請求の範囲を基準とするべきである。

１:ピコ秒パルスレーザー
２:エルビウム添加ファイバ増幅器
３−１:高非線形ファイバ
３−２:シングルモードファイバ
４:光ファイバスプリッター
５−１:第１振幅変調器
５−２:第２振幅変調器
６:単一走行キャリア光検出器
７−１:光学遅延線モジュール
７−２:光伝導アンテナ

Claims

単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システムであって、
繰返し周波数が１０ＧＨｚ以上のピコ秒パルスレーザー光を発射するピコ秒パルスレーザーと、
前記ピコ秒パルスレーザー光を伝送し、前記ピコ秒パルスレーザー光の広がりを実現する伝送モジュールと、
広がったピコ秒パルスレーザー光をポンプ光とプローブ光とに分けるビームスプリッターと、
前記ポンプ光と前記プローブ光をそれぞれ受け、前記ポンプ光に対してスイッチ信号変調を行い、前記プローブ光に対して光強度変調を行う振幅変調モジュールと、
前記ポンプ光の伝搬方向に設け、前記ポンプ光を励起して、テラヘルツパルス信号を放射する単一走行キャリア光検出器と、
前記プローブ光を受け、前記テラヘルツパルス信号を検出するテラヘルツ検出装置と、を備えることを特徴とする、
テラヘルツ発生システム。
前記伝送モジュールが、ピコ秒パルスレーザー光を伝送し、前記ピコ秒パルスレーザー光を広がる高非線形ファイバを備えることを特徴とする、
請求項１に記載の単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システム。
前記伝送モジュールが、前記高非線形ファイバと接続し、前記広がり処理のピコ秒パルスレーザー光に対して分散補償を行うシングルモードファイバをさらに備えることを特徴とする、
請求項２に記載の単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システム。
前記振幅変調モジュールが、前記ポンプ光の伝搬方向に設け、スイッチ変調信号をロードする第１振幅変調器と、前記プローブ光の伝搬方向に設け、前記プローブ光に対して光強度変調を行う第２振幅変調器と、を備えることを特徴とする、
請求項１に記載の単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システム。
前記テラヘルツ検出装置が、前記ポンプ光と前記プローブ光の時間遅延を調節する光学遅延線モジュールと、前記テラヘルツパルス信号を検出する光伝導アンテナと、を備えることを特徴とする、
請求項１に記載の単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システム。
前記テラヘルツ検出装置が、前記ポンプ光と前記プローブ光の時間遅延を調節する光学遅延線モジュールと、前記テラヘルツパルス信号を検出する包絡線検波器と、を備えることを特徴とする、
請求項１に記載の単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システム。
前記ピコ秒パルスレーザーと伝送モジュールとの間に設け、ピコ秒パルスレーザー光に対して増幅処理を行うエルビウム添加ファイバ増幅器を、さらに備えることを特徴とする、
請求項１に記載の単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システム。
前記ビームスプリッターが光ファイバスプリッターであり、前記光ファイバスプリッターの入力側が前記シングルモードファイバと接続し、前記光ファイバスプリッターの第１出力側が前記ポンプ光を出力し、前記光ファイバスプリッターの第２出力側が前記プローブ光を出力することを特徴とする、
請求項３に記載の単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システム。
前記ビームスプリッターがビームスプリッターミラーであることを特徴とする、
請求項１に記載の単一走行キャリア光検出器に基づくテラヘルツ発生システム。