光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置及其方法转让专利
申请号 : CN200910097912.4
文献号 : CN101546048B
文献日 : 2010-11-03
发明人 : 李九生
申请人 : 中国计量学院
摘要 :
本发明公开了一种光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置及其方法。它包括太赫兹波源、U形聚乙烯圆波导输入端、U形聚乙烯圆波导输出端、U形聚乙烯圆波导、可调制的半导体激光器、第一硅片、第二硅片，由太赫兹波源发出的太赫兹波由U形聚乙烯圆波导输入端输入，通过U形聚乙烯圆波导，经U形聚乙烯圆波导输出端输出，在U形聚乙烯圆波导的底端同一平面内平行设有第一硅片、第二硅片，第一硅片上方设有可调制的半导体激光器。本发明利用可调制的半导体激光器控制照射到第一硅片上的激光，从而控制耦合谐振腔的谐振，把信号加载到太赫兹波上，具有损耗小，调制带宽大，调制速度快，结构紧凑，便于集成，满足太赫兹波通信需求。
权利要求 :
1.一种光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置，其特征在于包括太赫兹波源(1)、U形聚乙烯圆波导输入端(2)、U形聚乙烯圆波导输出端(3)、U形聚乙烯圆波导(4)、可调制的半导体激光器(5)、第一硅片(6)、第二硅片(7)，由太赫兹波源(1)发出的太赫兹波由U形聚乙烯圆波导输入端(2)输入，通过U形聚乙烯圆波导(4)，经U形聚乙烯圆波导输出端(3)输出，在U形聚乙烯圆波导(4)的底端同一平面内平行设有第一硅片(6)、第二硅片(7)，第一硅片(6)上方设有可调制的半导体激光器(5)；所述的太赫兹波源(1)为返波振荡器BWO。
2.根据权利要求1所述的一种光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的可调制的半导体激光器(5)的工作波长为680～900nm，功率5～500mW，调制速度为
50KHz/s～1GHz/s。
3.根据权利要求1所述的一种光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的第一硅片(6)和第二硅片(7)的半径为4～12mm，厚度为0.1～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的第一硅片(6)和第二硅片(7)之间的距离为10～100μm。
5.根据权利要求1所述的一种光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的U形聚乙烯圆波导(4)的底端与第一硅片(6)之间的距离为10～100μm。
6.根据权利要求1所述的一种光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的U形聚乙烯圆波导(4)折射率为1.45～1.52，U形聚乙烯圆波导半径为0.4～2.5mm。
7.一种使用如权利要求1所述装置的光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制方法，其特征在于当可调制的半导体激光器(5)不发出激光时，由U形聚乙烯圆波导(4)、第一硅片(6)和第二硅片(7)组成的耦合谐振腔产生谐振，由太赫兹波源(1)发出的太赫兹波从U形聚乙烯圆波导输入端(2)输入，通过U形聚乙烯圆波导(4)，经U形聚乙烯圆波导输出端(3)输出；当可调制的半导体激光器(5)发出激光照射到第一硅片(6)时，第一硅片(6)的折射率发生改变，由U形聚乙烯圆波导(4)、第一硅片(6)和第二硅片(7)组成的耦合谐振腔不再产生谐振，太赫兹波源(1)发出的太赫兹波无法通过U形聚乙烯圆波导(4)，利用可调制的半导体激光器(5)控制照射到第一硅片(6)上的激光，从而控制由U形聚乙烯圆波导(4)、第一硅片(6)和第二硅片(7)组成的耦合谐振腔的谐振，实现把信号加载到太赫兹波上。
说明书 :
光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置及其方法
技术领域
[0001] 本发明涉及太赫兹波应用技术领域，具体涉及一种光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置及其方法。
背景技术
[0002] 无线通信正面临有限频谱资源和迅速增长的带宽、高速业务需求的矛盾。太赫兹通信是指用太赫兹波作为信息载体进行的空间通信。因为太赫兹波介于微波和远红外光之间，处于电子学向光子学的过渡领域，所以它集成了微波通信与光通信的有点。相对于微波11 13
通信而言：1)太赫兹通信传输的容量更大。太赫兹波的频段在10 ～10 Hz之间，比微波通信高出1～4个数量级，可提供高达10Gb/s的无线传输速率，比当前的超宽带技术快几百甚至上千倍；2)太赫兹波束更窄、方向性更好、可以探测更小的目标以及更精确地定为；
3)太赫兹波具有更好的保密性及抗干扰能力，不受远方电子干扰的影响，甚至第三方在当地也很难接收太赫兹通信信号，可实现在2～5Km范围内的保密通信；4)由于太赫兹波波长相对更短，在完成同样功能的情况下，天线的尺寸可以做得更小，其他的系统结构也可以做得更加简单、经济。相对于光通信而言：1)用光子能量约为可见光的1/40的THz波作为信息载体，能量效率更高；2)太赫兹波具有更好的穿透沙尘烟雾的能力，它可以实现全天候的工作。太赫兹波在通过大气时，由于水蒸气而导致的强吸收、低效率以及在目前可选的太赫兹源中相对低发射功率会给太赫兹通信带来明显的不利影响，但是，随着高功率的太赫兹光源、高灵敏度的探测技术以及高稳定性系统的日益突破，占有很多优势的太赫兹通信必将指日可待。
通信而言：1)太赫兹通信传输的容量更大。太赫兹波的频段在10 ～10 Hz之间，比微波通信高出1～4个数量级，可提供高达10Gb/s的无线传输速率，比当前的超宽带技术快几百甚至上千倍；2)太赫兹波束更窄、方向性更好、可以探测更小的目标以及更精确地定为；
3)太赫兹波具有更好的保密性及抗干扰能力，不受远方电子干扰的影响，甚至第三方在当地也很难接收太赫兹通信信号，可实现在2～5Km范围内的保密通信；4)由于太赫兹波波长相对更短，在完成同样功能的情况下，天线的尺寸可以做得更小，其他的系统结构也可以做得更加简单、经济。相对于光通信而言：1)用光子能量约为可见光的1/40的THz波作为信息载体，能量效率更高；2)太赫兹波具有更好的穿透沙尘烟雾的能力，它可以实现全天候的工作。太赫兹波在通过大气时，由于水蒸气而导致的强吸收、低效率以及在目前可选的太赫兹源中相对低发射功率会给太赫兹通信带来明显的不利影响，但是，随着高功率的太赫兹光源、高灵敏度的探测技术以及高稳定性系统的日益突破，占有很多优势的太赫兹通信必将指日可待。
[0003] 旨在推进近距离无线通信技术标准化的美国IEEE802.15委员会，于2007年底设立了太赫兹波(Terahertz Wave，简称THz波)研究小组“Terahertz InterestGroup(IGthz)”。THz波研究小组是因美国英特尔公司、美国AT&T Research和韩国高丽大学等提议设立的。该小组将探讨300GHz～10THz等高频带开展无线通信的可行性。太赫兹在350GHz、450GHz、620GHz、735GHz和870GHz频率附近存在着相对透明的大气窗口。以太赫兹波为通信载体的新一代通信系统正以其低窃听率，高抗干扰性、全天候工作、准定向等优点而备受重视，并正逐步成为国外相关单位研究的重点。但是作为THz通信系统的关键技术之一的太赫兹波高速调制技术相关研究报道很少。
发明内容
[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置及其方法。
[0005] 光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置包括太赫兹波源、U形聚乙烯圆波导输入端、U形聚乙烯圆波导输出端、U形聚乙烯圆波导、可调制的半导体激光器、第一硅片、第二硅片，由太赫兹波源发出的太赫兹波由U形聚乙烯圆波导输入端输入，通过U形聚乙烯圆波导，经U形聚乙烯圆波导输出端输出，在U形聚乙烯圆波导的底端同一平面内平行设有第一硅片、第二硅片，第一硅片上方设有可调制的半导体激光器。
[0006] 所述的可调制的半导体激光器的工作波长为680～900nm，功率5～500mW，调制速度为50KHz/s～1GHz/s。第一硅片和第二硅片的半径为4～12mm，厚度为0.1～1.5mm。第一硅片和第二硅片之间的距离为10～100μm。U形聚乙烯圆波导的底端与第一硅片之间的距离为10～100μm。U形聚乙烯圆波导折射率为1.45～1.52，聚乙烯波导半径为
0.4～2.5mm。太赫兹波源1为返波振荡器BWO。
0.4～2.5mm。太赫兹波源1为返波振荡器BWO。
[0007] 光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制方法是：当可调制的半导体激光器不发出激光时，由U形聚乙烯圆波导、第一硅片和第二硅片组成的耦合谐振腔产生谐振，由太赫兹波源发出的太赫兹波从U形聚乙烯圆波导输入端输入，通过U形聚乙烯圆波导，经U形聚乙烯圆波导输出端输出；当可调制的半导体激光器发出激光照射到第一硅片时，第一硅片的折射率发生改变，由U形聚乙烯圆波导、第一硅片和第二硅片组成的耦合谐振腔不再产生谐振，太赫兹波源发出的太赫兹波无法通过U形聚乙烯圆波导，利用可调制的半导体激光器控制照射到第一硅片上的激光，从而控制由U形聚乙烯圆波导、第一硅片和第二硅片组成的耦合谐振腔的谐振，实现把信号加载到太赫兹波上。
[0008] 本发明中光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置具有损耗小，调制带宽大，调制速度快，结构紧凑，便于集成，满足太赫兹波通信需求。
附图说明
[0009] 图1是光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置示意图；
[0010] 图2(a)是可调制的半导体激光器不发出激光时，0.35THz频率的太赫兹波通过耦合谐振腔中的U形聚乙烯圆波导输出端输出情况示意图；
[0011] 图2(b)是可调制的半导体激光器发出激光照射到第一硅片时，0.35THz频率的太赫兹波无法通过耦合谐振腔中的U形聚乙烯圆波导输出端输出情况示意图；
[0012] 图中：太赫兹波源1、太赫兹波输入端2、太赫兹波输出端3、U形聚乙烯圆波导4、可调制的半导体激光器5、第一硅片6、第二硅片7。
具体实施方式
[0013] 如图1所示，光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置包括太赫兹波源1、U形聚乙烯圆波导输入端2、U形聚乙烯圆波导输出端3、U形聚乙烯圆波导4、可调制的半导体激光器5、第一硅片6、第二硅片7，由太赫兹波源1发出的太赫兹波由U形聚乙烯圆波导输入端2输入，通过U形聚乙烯圆波导4，经U形聚乙烯圆波导输出端3输出，在U形聚乙烯圆波导
4的底端同一平面内平行设有第一硅片6、第二硅片7，第一硅片6上方设有可调制的半导体激光器5。
4的底端同一平面内平行设有第一硅片6、第二硅片7，第一硅片6上方设有可调制的半导体激光器5。
[0014] 所述的可调制的半导体激光器5的工作波长为680～900nm，功率5～500mW，调制速度为50KHz/s～1GHz/s。第一硅片6和第二硅片7的半径为4～12mm，厚度为0.1～1.5mm。第一硅片6和第二硅片7之间的距离为10～100μm。U形聚乙烯圆波导4的底端与第一硅片6之间的距离为10～100μm。U形聚乙烯圆波导4折射率为1.45～1.52，聚乙烯波导半径为0.4～2.5mm。太赫兹波源1为返波振荡器BWO。
[0015] 光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制方法是在于当可调制的半导体激光器5不发出激光时，由U形聚乙烯圆波导4、第一硅片6和第二硅片7组成的耦合谐振腔产生谐振，由太赫兹波源1发出的太赫兹波从U形聚乙烯圆波导输入端2输入，通过U形聚乙烯圆波导4，经U形聚乙烯圆波导输出端3输出；当可调制的半导体激光器5发出激光照射到第一硅片6时，第一硅片6的折射率发生改变，由U形聚乙烯圆波导4、第一硅片6和第二硅片7组成的耦合谐振腔不再产生谐振，太赫兹波源1发出的太赫兹波无法通过U形聚乙烯圆波导4，利用可调制的半导体激光器5控制照射到第一硅片6上的激光，从而控制由U形聚乙烯圆波导4、第一硅片6和第二硅片7组成的耦合谐振腔的谐振，实现把信号加载到太赫兹波上。
[0016] 本发明的工作过程：选择Microtech公司出售的返波振荡器BWO作为太赫兹源，计算机控制BWO输出太赫兹波在0.23-0.375THz频段内改变，选取U形聚乙烯圆波导、第一硅片和第二硅片组成的耦合谐振腔的谐振太赫兹频率，太赫兹源发出连续的太赫兹波。该频率的太赫兹波在可调制的半导体激光器不发出激光时，由U形聚乙烯圆波导、第一硅片和第二硅片组成的耦合谐振腔产生谐振，由太赫兹波源发出的太赫兹波由U形聚乙烯圆波导输入端输入，通过U形聚乙烯圆波导，经U形聚乙烯圆波导输出端输出，此时，利用BWO自带的肖特基二极管太赫兹波探测器在U形聚乙烯圆波导输出端可以探测到太赫兹波；当可调制的半导体激光器发出激光照射到第一硅片时，第一硅片的折射率发生改变，由U形聚乙烯圆波导、第一硅片和第二硅片组成的耦合谐振腔不再产生谐振，太赫兹波源发出的太赫兹波无法通过U形聚乙烯圆波导，在U形聚乙烯圆波导输出端没有输出，此时，利用BWO自带的肖特基二极管太赫兹波探测器在U形聚乙烯圆波导输出端探测不到太赫兹波。因此，利用可调制的半导体激光器控制照射到第一硅片上的激光，从而控制由U形聚乙烯圆波导、第一硅片和第二硅片组成的耦合谐振腔的谐振，实现把信号加载到太赫兹波上。
[0017] 实施例1
[0018] 0.35THz频率的太赫兹波调制：
[0019] 选择Microtech出售的BWO，其中返波管型号选为QS1-370 ov30(频率在0.26-0.37THz频段可调谐)，计算机控制BWO输出波在0.26-0.37THz频段内改变。设计的U形聚乙烯圆波导折射率为1.49，U形聚乙烯圆波导半径0.45mm，第一硅片和第二硅片半径为8mm，第一硅片和第二硅片厚度为0.5mm。选择太赫兹通信用的太赫兹波频率为0.35THz，可调制的半导体激光器的工作波长808nm，功率10mW。获得可调制的半导体激光器不发出激光时，0.35THz频率的太赫兹波通过耦合谐振腔中的U形聚乙烯圆波导输出端输出情况如附图2(a)；可调制的半导体激光器发出激光照射到第一硅片时，0.35THz频率的太赫兹波无法通过耦合谐振腔中的U形聚乙烯圆波导输出端输出情况如附图2(b)。该光控耦合谐振腔结构太赫兹波调制装置的消光比为45dB，调制速度1.5Gb/s，调制带窝为1GHz。