[发明专利]基于双边带调制的太赫兹波产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学技术中太赫兹通信领域。

背景技术

太赫兹波被越来越多的研究者关注，其在物理、化学、材料科学、通讯、 探测、生物和医学等领域都有良好的应用前景。但是高性能太赫兹波的产生是 实现应用的关键点和难点。但在过去相当长的时间里，由于缺乏有效的产生和 检测方法，相对成熟的微波和光学技术，对该波段的研究进展相当缓慢。太赫 兹波段甚至被人们称为电磁波谱中的太赫兹空隙。太赫兹空隙出现的重要原因 是因为太赫兹波段处于电子学和光学两个研究领域之间，仅仅利用电子学或者 光子学的技术和器件都不满足太赫兹波的需要，只有结合两方面的知识，开发 全新的技术和元器件才能对该波段的电磁波进行更深入研究和开发利用。

光生太赫兹波技术，是微波光子学的研究领域的一个分支。微波光子学是 光纤技术与微波技术相互融合的交叉性学科，利用光子学领域的技术手段来解 决微波领域的问题。因而光生太赫兹波技术是结合电子学和光子学的方式来产 生高性能的太赫兹波。

发明内容

针对上述现有技术，本发明目的旨在提出一种基于双边带调制的太赫兹波 产生装置及方法，与传统的太赫兹产生装置相比，采用这种外部调制的方法， 系统结构简单紧凑，成本较低，产生的太赫兹波性能稳定。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种基于双边带调制的 太赫兹波产生装置，包括微波信号源、单模激光器、电信号倍频器、强度调制 器、光滤波器、光纤放大器、光电探测器和天线，本发明的特征在于，所述微 波信号源输出的低频微波信号输入电信号倍频器的输入端，电信号倍频器的输 出端输出高频微波信号，所述高频微波信号与单模激光器的输出光信号一并作 为强度调制器的输入信号，强度调制器输出端输出的光信号依次经光滤波器和 光纤放大器后，输出两个一阶边带的放大光信号；所述两个一阶边带的放大光 信号再经光电探测器输入天线的信号接收端。

作为优选方案，所述微波信号源采用市售的美国安捷伦公司E8257D型号信 号发生器。由于马赫-曾德尔强度调制器(MZM)具有非线性的调制特性，进行 模拟调制时会产生一系列谐波，因此本发明优选其作为强度调制器来实现光倍 频。光滤波器可采用光交错复用器对光信号中心载波进行滤除。

一种基于双边带调制的太赫兹波产生方法，包括如下步骤：

1)微波信号源输出低频微波信号，经电信号倍频器进行倍频和放大处理 后，输出高频的微波信号，同时，单模激光器产生一个连续的光信号；

2)上述电信号倍频器输出的高频的微波信号驱动强度调制器对所述光 信号进行调制，将高频的微波信号调制到光信号的边带上，产生包括 中心载波和两个一阶边带的双边带信号；

3)输出的双边带信号经光滤波器滤除调制光信号的中心载波，得到两个 一阶边带信号，所述两个一阶边带的频率差两倍于驱动强度调制器的 微波信号频率；

4)所述两个一阶边带信号经光纤放大器进行功率放大后，输出两个一阶 边带的放大光信号；

5)所述两个一阶边带的放大光信号再经光电探测器产生电太赫兹信号， 最后经天线发出太赫兹波。

本发明的工作原理及过程是：利用单模激光器产生一个连续光信号；同时， 采用微波信号源产生一个低频微波信号，经过一个电信号倍频器在电域倍频后， 产生高频微波信号，驱动强度调制器直接调制光信号：

由微波源信号E_RF(t)＝V_RFcos(ω_RFt+θ)驱动马赫-曾德尔强度调制器MZM，将微 波信号调制在光载波E₀＝Acos(ω_ct)上，则输出的光信号可表示为：