[发明专利]一种基于光注入锁定动态选频的光子学超宽带太赫兹跳频源

说明书

本发明公开了一种基于光注入锁定动态选频的光子学超宽带太赫兹跳频源结构，属于太赫兹信号产生技术领域。本发明的跳频源结构基于光频率梳频率集模块产生的光频率梳信号，利用频率控制器提供的电流驱动信号改变半导体激光器工作频率，使其选择的光频率梳齿也发生相应的改变，以此实现频率集中不同频道的光频率梳齿选择。并将选择的输出光经光环形器第三端口输出至合束装置，并与参考光合束后进入光电探测器进行平方律检测获得太赫兹跳频信号。与传统电子学跳频源相比，本发明具有明显的跳频带宽优势，工作频率高且灵活可控，能够应用于新一代太赫兹通信与雷达系统，提升其抗干扰、抗截获能力。

技术领域

本发明涉及太赫兹信号产生技术领域，具体涉及一种基于光注入锁定动态选频的光子学超宽带太赫兹跳频源，适用于新一代毫米波/太赫兹通信及雷达探测成像等领域。

背景技术

跳频源应用于通信和雷达领域，是一种输出信号频率在较大频率范围内以近似无序的方式快速变化的射频信号产生装置，能够使系统具有较好的抗干扰和抗截获能力。

现有的基于微波光子学的跳频源其实现跳频信号产生通常采用频率合成或频率切换式两种方式。频率合成式光子学跳频源，以光电振荡器跳频源为例，是利用具备高速频率切换能力的光电频率合成器产生跳频信号。已有文献(Optical Fiber CommunicationConference,2014,W1J.2)报道的光电振荡器能够实现输出在8.65GHz和17.1GHz之间来回切换。但是，当前的电光调制器、电滤波器、射频放大器等的工作频率和工作带宽，难以实现振荡频率高达百GHz的光电反馈环路，导致光电振荡器跳频源无法工作在毫米波高频段和太赫兹频段。频率切换式光子学跳频源则是在预先产生的频率集中利用光电频率选择器进行选频，并输出跳频信号。已有文献(Optics Letters,2018,43(2):279-282)报道了利用受激布里渊增益的开关实现了在8GHz和13.58GHz信号之间以100ps的跳频速率进行切换。这种实现方法大多采用将多个不同频率的微波信号调制在光上，然后利用可调谐微波光子滤波器在这些频率中来回切换，产生跳频输出。其频率成分来源本质上还是电子学办法，难以实现毫米波高频段与太赫兹频段的跳频输出，且跳频带宽和频点数量十分有限。

综上可见，当前微波光子跳频源存在如下三点局限与不足：第一，工作频率范围均处于25GHz以下的微波频段，100GHz以上的太赫兹频段的跳频源技术尚属研究空白；第二，跳频带宽较小，还未充分发挥光子学技术的带宽优势；第三，大多数集中在两个频点之间的跳频速率的提升而忽略了其他指标，频道数量明显少于电子学跳频源。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中存在的不足，提出一种基于光注入锁定动态选频的光子学超宽带太赫兹跳频源，在频率控制器的控制下，通过半导体激光器对光频率梳频率集模块提供的光频率梳信号进行动态选频，实现了太赫兹频段跳频信号的产生，同时还可以在不同频道之间进行切换、且跳频带宽更宽。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于光注入锁定动态选频的光子学超宽带太赫兹跳频源，包括光频率梳频率集模块、光环形器、参考激光器、合束装置、光探测器、频率控制器以及半导体激光器；

所述光频率梳频率集模块与光环形器的第一端口连接，用于产生光频率梳信号作为跳频源的频率集；

所述光环形器第二端口与半导体激光器对接，所述光环形器第三端口与合束装置的第一输入端连接；

所述参考激光器与合束装置的第二输入端连接，用于发出参考光；

所述合束装置的输出端与光探测器连接，用于将参考光与光环形器第三端口提供的光进行合束；

所述光探测器用于对合束光进行平方律检测，使其由光频下变换至太赫兹频段，产生太赫兹频段的跳频信号；

所述频率控制器连接半导体激光器，将根据实际应用需求生成的二进制跳频序列译码量化后转换成电流驱动信号；