CN109586805A - 基于光混频并融合光通信***的太赫兹oam产生*** - Google Patents

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汪朝晖
郝鑫
吴秋宇
林长星
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Abstract

本发明公开了基于光混频并融合光通信***的太赫兹OAM产生***，包括：两台频率差在太赫兹频段的DFB激光器，产生光通信波长；空间光调制器，用于对一路光通信波长调制轨道角动量；马赫‑曾德尔调制器，用于对另一路光通信波长调制基带电信号信息；太赫兹光电导天线混频器用于将合束后的光信号拍频产生携带一定阶数的轨道角动量的已调制基带信号的太赫兹频段通信载波；本发明利用太赫兹光电导天线混频器的频差和相位差传递效应，一路调制轨道角动量，另一路调制基带电信号，无需额外增加光通信以外的其他器件，可与目前的大容量光通信***有机融合，利用光子混频的频率和相位传递效应，有效解决太赫兹频段的OAM产生和信道复用技术难题。

Description

基于光混频并融合光通信***的太赫兹OAM产生***
技术领域
本发明涉及光纤-无线通信技术领域，特别是太赫兹频段轨道角动量(OAM)的产生和信道复用，具体是一种基于光混频并融合光通信***的太赫兹OAM产生***。
背景技术
目前，太赫兹通信***中，轨道角动量的产生一直是束缚太赫兹OAM通信***的实验性能和实际应用的瓶颈。通常产生轨道角动量的办法是通过外加太赫兹频段反射或透射式螺旋相位板、全息相位板或使用超材料实现。但这些方法存在较大的劣势：产生效率较低且不能与通信***融合。
下面分别对太赫兹频段的轨道角动量产生方法进行说明：
1.螺旋相位板
分为反射式和透射式。采用的单位有华中科技大学和成都电子科技大学。以透射式为例，一般用聚四氟乙烯作为材料，采用3D打印技术制备不同阶数的螺旋相位板，产生的太赫兹波被引导透射螺旋相位板。螺旋相位板通过调制太赫兹波的波前相位，获得螺旋相位，携带不同阶数的轨道角动量。
特点：被动式调制，能量利用率较高。但由于螺旋相位板需要从外部引入，每个相位板的轨道角动量调制阶数固定不变，难以与通信***有机融合。
2.主动调制全息相位板
将控制光和太赫兹波束成一定角度入射到太赫兹空间光调制器，控制光携带一定强度分布的信息，在太赫兹空间光调制器上产生特定强度分布的光生载流子，对入射的太赫兹波束的波前进行调制，从而产生特殊的太赫兹波束，包括携带轨道角动量的太赫兹波束。采用的单位有首都师范大学。
特点：主动式调制，能量利用率低；调制阶数可以改变；结构较复杂，难以与通信***有机融合。
3.超材料天线阵列
通过设计超材料天线阵列，控制太赫兹波前的空间相位分布。采用的单位有首都师范大学。
特点：被动调制，能量利用率一般较低，结构小，适合集成。但是，调制阶数制备后无法改变。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种基于光混频并融合光通信***的太赫兹OAM产生***，通过两路频率之差在太赫兹频段的光通信波长经过太赫兹光电导天线(PCA)混频器拍频,利用光电导天线的频率差和相位差的传递效应，获得携带信息的太赫兹OAM已调载波信号。
本发明的技术方案如下：
基于光混频并融合光通信***的太赫兹OAM产生***，其特征在于：包括两***立可调谐的DFB激光器(即分布反馈半导体激光器)、空间光调制器、马赫-曾德尔调制器(MZM)、太赫兹光电导天线(PCA)混频器。
所述两台DFB激光器，用于输出两支光通信波长，两支光通信波长的频差在太赫兹频段；
所述空间光调制器，用于将一台DFB激光器输出的光通信波长调制一定阶数的轨道角动量；
所述马赫-曾德尔调制器，用于将另一台DFB激光器输出的光通信波长调制基带电信号；
经过空间光调制器、马赫-曾德尔调制器合束后的光信号进入所述太赫兹光电导天线混频器，拍频产生携带一定阶数的轨道角动量的太赫兹频段通信载波。
所述两台DFB激光器，均采用型号为EXFO的FLS-2800，两个独立可调谐的DFB激光器之间存在一定的差频，频差在太赫兹频段。
一台DFB激光器的输出光束上经空间光调制器调制后携带轨道角动量信息，另一台DFB激光器的输出光束经MZM调制基带电信号，根据马赫-曾德尔调制器的调制格式(单边带/双边带，AM/QPSK等)设置直流电压偏置点。
通过发射天线发射出去的为与差频相同的通信载波，加载了不同阶数的轨道角动量。
本发明利用太赫兹光电导天线(PCA)混频器的频差和相位差传递效应，将采用直接方法难以获得的太赫兹频段OAM载波转移到光通信频段实现，一路调制一定阶数的轨道角动量，另一路调制基带电信号；无需额外增加光通信以外的其他器件，可以与目前的大容量光通信***有机融合，利用光子混频的频率和相位传递效应，有效解决太赫兹频段的OAM产生和信道复用技术难题。本发明主要技术优点如下：
1.能够融合光纤-无线通信***，适于集成；
2.太赫兹波携带的轨道角动量可以改变；
3.能量利用率取决于光电导天线的转换效率，可以做成大面积的光电导天线，获得足够功率的可用于通信的太赫兹载波。
4.将本来用于对太赫兹载波调制的基带信号转移到调制光通信波长，方便扩大通信容量。
附图说明
图1为携带不同阶数的轨道角动量的波前螺旋相位示意图。
图2为太赫兹光电导天线混频器示意图。
图3为本发明的***架构图。
具体实施方式
如图2所示，太赫兹光电导天线混频器的具体工作原理如下：
两路光通信波长的信号的角频率分别为ω+,ω-；初相位分别为其中一路携带一定阶数的轨道角动量，另一路携带已调制基带电信号信息。轨道角动量体现在初始相位的空间分布信息上。
假设两路信号的能量相同，拍频的电场融合信息如下：
入射到太赫兹光电导天线混频器的光功率为：
由于高频2ω信号不在太赫兹光电导天线混频器的响应范围以内，能引起相应的功率如下：
其中直流分量表现为混频器件的暗电流，只有第三项作为太赫兹频段的辐射响应体现出来，经过光电导天线和偏置电压的放大和辐射，获得携带一定轨道角动量的已调制基带电信号的太赫兹通信载波。太赫兹频率体现在频差ω+-ω-上，一定阶数的轨道角动量的空间分布信息体现在初相位差上。以上过程的实现需要保证参与拍频的两束通信波长的频差和相差稳定。
如图3所示，本发明的***工作过程描述如下：型号为EXFO的FLS-2800的可调谐DFB激光器输出波长1，经过空间光调制器，调制一定阶数的轨道角动量；另一可调谐DFB激光器输出波长2，经过马赫-曾德尔电光调制器调制基带电信号。两束频差在太赫兹频段，合束后经过太赫兹光电导天线混频器，获得携带一定阶数轨道角动量的已调制基带电信号的太赫兹频段通信载波。无需在太赫兹频段额外增加调制轨道角动量的器件，可以有效融合光通信***，解决太赫兹OAM大容量通信技术难题。

Claims (5)

1.基于光混频并融合光通信***的太赫兹OAM产生***，其特征在于：包括两***立可调谐的DFB激光器、空间光调制器、马赫-曾德尔调制器、太赫兹光电导天线混频器；
所述两台DFB激光器，用于输出两支光通信波长，两支光通信波长的频差在太赫兹频段；
所述空间光调制器，用于将一台DFB激光器输出的光通信波长调制一定阶数的轨道角动量；
所述马赫-曾德尔调制器，用于将另一台DFB激光器输出的光通信波长调制基带电信号；
经过空间光调制器、马赫-曾德尔调制器合束后的光信号进入所述太赫兹光电导天线混频器，拍频产生携带一定阶数的轨道角动量的太赫兹频段通信载波。
2.根据权利要求1所述的基于光混频并融合光通信***的太赫兹OAM产生***，其特征在于：进入马赫-曾德尔调制器的光通信波长，通过马赫-曾德尔调制器调制上基带信号，根据马赫-曾德尔调制器的调制格式设置直流电压偏置点。
3.根据权利要求1所述的基于光混频并融合光通信***的太赫兹OAM产生***，其特征在于：所述太赫兹光电导天线混频器用于保持和传递参与拍频的两束光通信波长的频率和空间相位差信息，然后产生携带轨道角动量的载波信号。
4.根据权利要求1所述的基于光混频并融合光通信***的太赫兹OAM产生***，其特征在于：所述两台DFB激光器，均采用型号为EXFO的FLS-2800。
5.根据权利要求1所述的基于光混频并融合光通信***的太赫兹OAM产生***，其特征在于：所述太赫兹光电导天线混频器带硅透镜。
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