[发明专利]全光超宽带脉冲信号产生装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子及光纤通信技术领域，特别涉及一种全光超宽带脉冲信号产生装置和方法。

背景技术

频率在3.1GHz到10.7GHz范围内，带宽超过500MHz或者构造带宽大于20%的无线电信号称为超宽带(UWB)信号，超宽带技术是一种无载波脉冲信号传输技术，在短距离、大容量无线通信和传感网络中有着广阔的应用前景。由于UWB大容量，高带宽，低功耗，高保密性，频率可无付费使用等特点使其有可能成为替代现有蓝牙、WiFi技术的全新短距离无线通信和传感技术，UWB信号由于其低功率谱特点在自由空间中只能传输一小段距离，约数十到数百米，这大大限制了人们随时随地对信息的需要，也限制了UWB技术的发展，为了解决UWB的传输问题，一种称为UWB-Over-Fiber的技术逐渐发展起来了。UWB技术与光通信技术融合，可满足人们“随时、随地”对高速率、大容量、长距离、低成本接入的需求，具有重要的应用价值。

传统的UWB-Over-Fiber技术首先把一个UWB电信号转换成光信号，光信号通过光纤传输到远处，在接收端再把光信号转换成对应的电信号，这种技术解决了UWB信号远距离传输困难的问题，但是很显然，这种依靠光-电-光二次转换的技术会增加系统功耗和成本，如果能在光域内直接产生UWB信号，不仅可以提高系统的可靠性，也能大大降低系统成本。近年来，各种在光域内产生UWB信号的方法被提出和报道，例如利用光学鉴频器实现光学相位到强度转换产生超宽带信号，利用半导体光放大器中的交叉增益调制产生超宽带信号,使用光纤与光栅滤波器结合产生光学UWB信号，利用周期性极化铌酸锂中的二阶非线性效应产生真超宽带信号等等，这些技术的出现大大促进了超宽带技术的发展。但值得注意的是，上述方法产生超宽带信号都是使用的分离元件，这会增加系统的体积，对于未来的光集成是不利的，也不利于UWB随时随地的应用特点，为了获得更小尺寸的超宽带信号产生，一些有意义的方法被提出和报道，例如，使用一个电-光相位调制器与延时干涉仪结合实现UWB信号的产生，获得较好效果。通过几年的发展，UWB信号的产生方法已经相对丰富，但对其信号的调制和加载还有一些研究空间，例如一些基于电光调制，马赫-曾德尔调制器产生超宽带的技术也获得了认可，但他们对信号的调制没有给予足够的考虑，要实现信号的调制，需要额外的辅助器件，这增加了器件整体的成本，也阻碍了其大规模应用，而且基于多脉冲组合对延时有严格要求，这给器件的制作工艺和成本带来困扰。还有一些基于偏振调制的光学超宽带信号产生方案也获得了认可，但这种方案所产生的信号是偏振相关的，信号只能在保偏光纤中传输，与当前广泛使用的光通信网络的融合有一定的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种全光超宽带脉冲信号产生装置和方法，该装置拥有更小的体积，实现了超宽带信号的调制，相比于传统的全光超宽带脉冲信号产生装置，更便于大规模集成，在成本上也具有较大的优势。

上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种全光超宽带脉冲信号产生装置，包括一个在三阶非线性波导材料上刻蚀的马赫-曾德尔干涉仪（1），所述马赫-曾德尔干涉仪（1）包括第一通光臂（1a）和第二通光臂（1b），所述第一通光臂（1a）和第二通光臂（1b）的一端与用于分配探测光的第一光耦合器（2）连接，所述第一通光臂（1a）和第二通光臂（1b）的另一端与用于耦合探测光的第二光耦合器（3）连接，马赫-曾德尔干涉仪（1）的一端设有泵浦光输入端口（4）和探测光输入端口（5），另一端设有光输出端口（6），所述泵浦光输入端口（4）设置在第一通光臂（1a）的延长线上，所述探测光输入端口（5）与第一光耦合器（2）连接，所述光输出端口（6）与第二光耦合器（3）连接，所述第一通光臂（1a）的一侧设有一个用于调节泵浦光和探测光并使泵浦光和探测光产生谐振的微环（7），所述微环（7）与第一通光臂（1a）耦合并设在同一平面上，所述第二通光臂（1b）上设有一个用于调制超宽带信号的平行蒸镀电极（8）。

所述的三阶非线性波导材料为非线性聚合物材料、硅基材料、硫系玻璃、半导体材料中的一种。

所述半导体材料为InP或GaAs或AlGaAs。

一种全光超宽带脉冲信号产生方法，包括以下步骤：

生成泵浦光并经过泵浦光输入端口（4）进入马赫-曾德尔干涉仪（1）的第一通光臂（1a）；

生成探测光并经过探测光输入端口（5）和第一光耦合器（2）进入马赫-曾德尔干涉仪（1）的第一通光臂（1a）和第二通光臂（1b）；