[发明专利]基于嵌套马赫-曾德尔调制器的太赫兹波产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹无线通信领域，尤其涉及一种产生太赫兹波的装置与方法。

背景技术

太赫兹波是电磁频率在0.1~10THz(波长在3mm~30mm)之间的电磁波，波段介于微波与远红外光之间。太赫兹技术可广泛应用于雷达、遥感、大气与环境监测、实时生物信息提取以及医学诊断等领域。在通信传输方面，由于太赫兹波具有瞬态性、宽带性、低能性、高穿透性的特点，这使太赫兹波表现出比传统微波和光波更具优势的传输能力。目前太赫兹频段属于空白频段，因此研究太赫兹无线通信可以抢占无线频谱资源、拓展无线通信带宽，具有重要的意义。

高性能太赫兹波的产生技术是实现太赫兹通信的关键。目前，太赫兹波的产生可以通过电子学和光子学两种技术途径实现。常用的电子学方法包括电子振荡辐射、加速电子产生法等，常用的光子学方法包括能光整流、光学差频、双激光二极管光相位锁定以及非线性调制等方法。利用光子学方法产生太赫兹波具有频率高、可调谐性强等优势。而其中的光学外部调制产生太赫兹波被认为是很有吸引力的解决方案，具有频率可调范围大、系统稳定性好、产生太赫兹波的频率纯度高等优点。

经对现有技术的文献检索发现，Wangzhe Li等人在IEEE Photonics Journal,2(2010)：954-959（《光子学杂志》2010）上发表的Microwave and Terahertz Generation Based on Photonically Assisted Microwave Frequency Twelvetupling With Large Tunability（《基于光学12倍频法产生微波/太赫兹波》）中提及，通过级联偏振调制器、布拉格光纤光栅、半导体放大器以及受激布里渊散射滤波器等光学器件，采用二倍频调制和四波混频方法产生12倍频的太赫兹波。然而，该装置需要的光学器件多，插入损耗大，而且该装置的多个节点都需要对光波进行偏振控制，实现起来非常复杂。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种结构简单的太赫兹波产生装置与方法。本发明采用嵌套马赫-曾德尔调制器，基于光学非线性调制和干涉技术，通过合理设置嵌套马赫-曾德尔调制器的调制深度和偏置电压，从而产生频率为调制信号频率12倍的太赫兹波，降低了系统的成本。

本发明采用以下具体技术方案实现：

本发明提出的太赫兹波产生装置包括：可调光源、射频信号源、电分路器、第一电放大器、电移相器、第二电放大器、嵌套马赫-曾德尔调制器和光电探测器。所述可调光源的输出端连接所述嵌套马赫-曾德尔调制器的光输入端；所述射频信号源的输出端连接所述电分路器的输入端；所述电分路器的两个输出端口分别连接所述第一电放大器输入端和所述电移相器输入端；所述第一电放大器的输出端连接所述嵌套马赫-曾德尔调制器的上臂子调制器射频驱动端口；所述电移相器的输出端连接所述第二电放大器的输入端；所述第二电放大器的输出端连接所述嵌套马赫-曾德尔调制器的下臂子调制器射频驱动端口；所述嵌套马赫-曾德尔调制器的输出端口连接光电探测器输入端。

其中，所述嵌套马赫-曾德尔调制器由集成在单个芯片上、具有相同结构和性能的上臂子调制器和下臂子调制器组成，每个子调制器都具有独立的射频端口和偏置端口，另外嵌套马赫-曾德尔调制器还有一主偏置端口，用于调节上臂子调制器和下臂子调制器的输出。

本发明提出的太赫兹波产生方法包括以下步骤：

步骤一、可调光源输出频率为fc连续光波，输入嵌套马赫-曾德尔调制器后被分成完全相同的两路，分别由嵌套马赫-曾德尔调制器的上臂子调制器和下臂子调制器进行调制，射频信号源输出频率为fe的正弦波信号，被电分路器分成等功率的两路信号：第一路正弦波信号经第一电放大器放大后驱动上臂子调制器，第二路正弦波信号经电移相器移相处理，并通过第二电放大器放大后驱动下臂子调制器；

步骤二、控制所述第一电放大器和第二放大器的放大电压，使得所述上臂子调制器和下臂子调制器输出光信号的二阶上/下边带fc±2fe被抑制，并且调节所述上臂子调制器和下臂子调制器的偏置电压分别为传输曲线的最高点，使得两个子调制器输出光信号的所有奇数边带被抑制，则所述上臂子调制器和下臂子调制器分别输出包含7个频率分量的光信号，

其中，所述包含7个频率分量的光信号由中心载波fc、四阶上/下边带fc±4fe、六阶上/下边带fc±6fe、八阶上/下边带fc±8fe组成；