[发明专利]一种基于高非线性光纤的光生毫米波噪声发生器

说明书

本发明涉及一种基于高非线性光纤的光生毫米波噪声发生器，包括依序连接的分布式反馈激光器，光纤隔离器，第一偏振控制器，掺铒光纤放大器，第二偏振控制器，高非线性光纤（HNLF）以及高速光电探测器。本发明方案是利用光学方法实现了毫米波噪声的产生，突破了电子带宽的瓶颈，易于产生超带宽的毫米波噪声且结构简单；输出噪声的功率取决于掺铒光纤放大器的放大功率，相比于现有电子噪声源来讲，其输出功率易于调节而且可输出的最大功率更大；由利用高非线性光纤中非线性效应、调制不稳定以及色散等联合作用实现毫米波噪声的产生，其产生噪声的频谱更加平坦，带宽更大。

技术领域

本发明涉及一种噪声发生器，具体是一种基于高非线性光纤的光生毫米波噪声发生器，属于密码学、通信、信息安全等领域。

背景技术

在通信、自动控制、工业测量、航空航天等系统普遍存在随机噪声，尤其是毫米波噪声，对实际应用造成了严重危害。为了克服毫米波噪声的影响，往往需要使用噪声发生器对仪器设备进行抗噪声模拟。因此，需要产生人为可控的毫米波噪声，研制毫米波噪声发生器。

目前，噪声发生器的实现途径主要有数字合成技术和物理器件噪声放大技术两种。数字合成技术是利用DSP或FPGA通过线性同余法、移存器法等算法先产生一段伪随机数序列，再将伪随机数序列进行时频映射转化为噪声。虽然该技术易于实现，但是受限于器件的时钟频率，数学合成法产生的噪声频率往往低于GHz。物理器件噪声放大技术是将电阻、饱和二极管、气体放电二极管、肖特基二极管、场效应晶体管等物理器件中的噪声进行控制与放大，进而产生可控噪声。利用该技术可以产生较大带宽的噪声，而且精度比较高，但是其实现电路往往需要放大，较为复杂，而且随着带宽的增加，其输出噪声功率平坦度越差。

然而，目前噪声发生器的工作频率已经不能满足一些高频器件的工作频率。如何在非常宽的频率范围（上百GHz）内输出功率谱均匀连续、功率稳定可控的连续随机毫米波噪声信号，存在着原理、技术、工艺等诸多层面的困难。因此，发展一种新型高带宽、频谱平坦、输出功率可控且易于实现的毫米波噪声发生器迫在眉睫。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于高非线性光纤的光生毫米波噪声发生器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于高非线性光纤的光生毫米波噪声发生器，包括依序连接的分布式反馈激光器，光纤隔离器，第一偏振控制器，掺铒光纤放大器，第二偏振控制器，高非线性光纤（HNLF）以及高速光电探测器；

其中，分布式反馈激光器输出的激光经过光纤隔离器和第一偏振控制器之后，输入掺铒光纤放大器，掺铒光纤放大器将原始激光放大到一定功率后，经第二偏振控制器调节偏振态，输入高非线性光纤，最终由高速光电探测器进行光电转换后输出结果；由于高非线性光纤中各类非线性效应、调制不稳定以及色散联合作用，原始激光信号的光谱会发生展宽；同时，原始激光信号的频谱带宽会得到极大增强，最终的输出呈现出毫米波噪声的频谱特性，从而实现毫米波噪声的产生。

在本发明所述的基于高非线性光纤的光生毫米波噪声发生器中，分布式反馈激光器输出的激光的中心波长大于高非线性光纤的零色散波长，即其输出激光的中心波长位于高非线性光纤的反常色散区。

在本发明所述的基于高非线性光纤的光生毫米波噪声发生器中，掺铒光纤放大器将分布式反馈激光器发出的激光放大，从而使其进入高非线性光纤后发生复杂的非线性效应作用，同时不同的放大功率实现最终产生毫米波噪声的功率调节。

在本发明所述的基于高非线性光纤的光生毫米波噪声发生器中，高非线性光纤的非线性系数大于10 W^-1km^-1，原始激光放大后经过高非线性光纤后会发生一系列的非线性效应、调制不稳定以及色散的联合作用，在实现光谱极大展宽的同时，其频谱也实现极大展宽，最终输出频谱平坦的毫米波噪声。

实现上述本发明所提供的基于高非线性光纤的光生毫米波噪声发生器，其优点与积极效果在于：