[发明专利]频带可调谐的光载超宽带无线电信号发生器

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种基于高非线性光电器件的非线性偏振旋转效应的频谱可塑的光载超宽带无线电信号发生器。

背景技术

相对于传统的窄带通信，超宽带(UWB：Ultra-Wideband)技术具有诸多的优异性能，如：低功率消耗、抗干扰、抗多径衰落、高分辨率、强穿透性探测性能等。2002年2月，美国联邦通信委员会(FCC：Federal Communications Commission)FCC通过了一项认可超宽带技术用于民用用途的最终规定。FCC规定了超宽带技术的三个用途分别是：成像系统、汽车防冲撞传感器以及无线数据通信及测量系统。根据FCC的规定，3.1GHz至10.6GHz频带以及22GHz至31GHz频带的超宽带无线电信号用于无线通信以及汽车防撞雷达领域开放。2004年，欧洲委员会(EC)在超宽带技术在汽车雷达方面的应用做出规定：自2013年起，原工作于24GHz频段的UWB汽车雷达将全部由77GHz至81GHz频带的超宽带雷达代替。可见，工作于各频段的超宽带系统有着非常广泛的应用前景。然而，UWB技术的进一步应用面临两大问题。

1.传输距离过短。由于超宽带无线电信号的发射功率限制(功率谱密度小于-41dBm)以及高速率下的信道间干扰问题，超宽带系统的传输距离一般被限制于几米的范围内。为了克服超宽带无线电信号的这一传输距离限制，近年来人们提出了光载超宽带无线电(UWB-over-fiber)的概念，即利用光纤传输超宽带无线电信号。研究人员同时也尝试着在光域直接产生超宽带无线电信号，这种技术可以克服电域产生超宽带无线电信号的诸多缺点，比如减少了多余的电光转换环节、克服电子器件的带宽限制等。产生脉冲超宽带无线电信号的光子技术主要有以下几类：1)利用光调制器的非线性调制特性将基带高斯脉冲直接转换为光域的一阶或二阶高斯脉冲；2)利用光相位调制器以及光鉴频器对经过基带高斯脉冲调制后的光信号进行微分运算，从而得到光域的一阶或二阶高斯脉冲；3)对锁模激光器的输出光谱进行整形，然后利用频率-时间映射关系得到脉冲超宽带无线电信号；4)利用直接调制半导体激光器的弛豫振荡效应产生较高阶的脉冲超宽带无线电信号。上述方法共同的不足在于：无法在光域直接实现UWB信号的动态的谱形控制。

2.与传统窄带通信系统的共存问题。由于UWB信号所占频带过宽，导致与窄带通信系统的工作频带重叠。尤其地，UWB信号将与目前被广泛应用的工作于5GHz频段的无线局域网(WLAN)系统存在频谱重叠。因此，UWB系统与传统窄带系统之间的干扰问题不可忽略。为了避免上述的UWB系统与WLAN系统之间的共存问题，人们设计了一系列的拥有5-GHz陷波特性的特殊结构的UWB滤波器和天线。然而，此类天线或滤波器固定的陷波位置使得它无法避免UWB系统与其他窄带通信系统的干扰。另一个完美的解决方案为感知超宽带无线电技术，然而此技术实现的关键问题在于生成动态谱形控制的UWB信号。受限于电子瓶颈，目前的模数/数模转换器的速度无法为生成动态谱形控制的UWB信号提供技术支持。

综上所述，为了解决上述面临的技术瓶颈，为光载无线电技术与感知无线电技术的技术融合、性能提升提供可能，目前迫切需要一种频谱符合美国通信联邦委员会的辐射掩膜规定、谱形灵活可塑的光载超宽带无线电信号的发生器。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种频带可调谐的光载超宽带无线电信号发生器，其可解决现有光载超宽带无线电信号发生器谱形难于控制、频谱不满足美国通信联邦委员会的辐射掩膜规定以及难于实现特定频带陷波的技术问题。

本发明的一种频谱可塑的光载超宽带无线电信号发生器，包括：

一窄脉冲激光光源；

一光放大器，其输入端与窄脉冲光源的输出端连接；

一第一偏振控制器，其一端与光放大器的输出端连接；

一第一光耦合器，其端口与第一偏振控制器的另一端连接；

一连续光半导体激光器；

一第二偏振控制器，其一端与连续半导体激光器连接，另一端与光耦合器的端口2连接；

一非线性光电器件，其输入端与第一光耦合器的端口3连接；

一第三偏振控制器，其一端与非线性光电器件的输出端连接；

一光带通滤波器，其输入端与第三偏振控制器的另一端连接；

一偏振分束器，其端口与光带通滤波器的输出端连接；

一可调光延迟线，其一端与偏振分束器的端口2连接；

一可调光衰减器，其输入端与偏振分束器的端口3连接；