[发明专利]基于里德堡原子六波混频的光载无线通信系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于里德堡原子六波混频的光载无线通信系统及其方法，该系统包括铯泡、微波源、信号发生器、信号调制器、光纤、光电探测器和信号放大器，微波源产生微波，信号发生器产生基带信号，信号调制器用于将基带信号调制到微波上，生成已调制微波；铯泡将已调制微波转化为已调制光波；光电探测器用于接收已调制光波；信号放大器用于对光电探测器所输出的电信号进行放大。本发明的光载无线通信系统利用里德堡原子六波混频过程中微波和光波的相干转换，把基带信号对微波的幅值调制转化为对光波的幅值调制，通过光纤对已调制光波进行传输，最终通过光电探测器接收已调制光波，无需解调，直接获得基带信号，从而实现了光载无线通信技术。

技术领域

本发明涉及一种光载无线通信系统及其通信方法，尤其是一种基于里德堡原子六波混频的光载无线通信系统及基于里德堡原子六波混频的光载无线通信方法。

背景技术

传统光载无线通信系统将基带信号调制至射频载波上，再利用电光晶体实现射频信号对光波的调制，从而间接地实现基带信号对光波的调制，通过光纤传输已调制光波，最后对已调制光波进行解调来获得基带信号。2012年，美国Oklahoma大学的Shaffer研究组与德国Stuttgart大学的Pfau研究组合作首次利用热里德堡原子EIT和AT分裂，将微波电场强度的测量转化为光学频率测量，实验上实现了微波电场测量，测到的最小电场强度为8μVcm^-1，灵敏度为30μVcm^-1Hz^-1/2。2018年新西兰Otago大学的Deb研究组利用热原子EIT-AT分裂现象进行了光载无线通信的演示实验，其信道带宽约为1MHz。同年，新加坡国立大学的李文辉研究组首次通过里德堡原子的六波混频过程实现了从微波到光波的相干转换，转换带宽约6MHz，且转换过程不受强度限制，原理上可工作在微波单光子的水平。

目前，实验测量和理论分析表明，传统光载无线通信系统需要复杂的电路连接和滤波放大阶段，并且热噪声较大。而基于热原子EIT-AT分裂现象的光载无线通信系统的信道容量受激光功率、激光线宽、渡越展宽、散粒噪声、原子数密度以及里德堡原子退相干等因素限制；并且该通信只能通过幅值调制进行，无法通过相位调制进行信息的传输。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明提供一种结构简单、灵敏度高、带宽大、可行性强且易于实用化的基于里德堡原子六波混频的光载无线通信系统及基于里德堡原子六波混频的光载无线通信方法。

本发明提供了一种基于里德堡原子六波混频的光载无线通信系统，包括铯泡、微波源、信号发生器、信号调制器、光纤、光电探测器和信号放大器，其中：

微波源产生微波；

信号发生器产生基带信号；

信号调制器，用于将基带信号调制到微波上，生成已调制微波；

铯泡将已调制微波转化为已调制光波；

光电探测器，用于接收已调制光波；

信号放大器，用于对光电探测器所输出的电信号进行放大。

铯泡提供室温饱和蒸汽压下的铯原子气体，铯原子气体用于发生里德堡六波混频过程中，将已调制微波转化为已调制光波。

铯泡为里面装有铯原子气体的石英玻璃泡。

该系统还包括喇叭，喇叭将已调制微波发射至铯泡内。

该系统还包括光纤，该光纤用于传输已调制光波，该光纤的进光端朝向铯泡设置，该光纤的出光端朝向光电探测器设置。

信号调制器包括乘法电路，通过乘法电路进行基带信号和微波在时域的相乘运算。

该光纤为多模光纤。

该信号放大器包括放大电路。