一种用于光生超宽带脉冲信号装置的脉冲信号产生方法

摘要

一种光生超宽带脉冲信号装置及其方法，所述光纤孤子激光器中设置有光纤耦合器，通过光纤耦合器将产生亮孤子的孤子光纤激光输入延时器，通过控制延时器控制亮、暗孤子间的时间差，将已控制时间差的两种孤子输入到超宽带脉冲发生器以产生所需超宽带脉冲信号，后连接一孤子整形器改变超宽带脉冲信号形状；所述方法是通过光纤孤子激光器产生的亮、暗孤子相结合实现光生超宽带脉冲信号。本发明首次使用全光纤方法来产生超宽带脉冲信号，并通过控制光纤孤子激光器改变亮、暗脉冲，根据需要来调整超宽带脉冲信号谱宽。

权利要求

1.一种用于光生超宽带脉冲信号装置的脉冲信号产生方法，其所述方法是通过光纤孤子激光器产生的亮孤子、暗孤子相结合实现光生超宽带脉冲信号；

所述脉冲信号产生方法的光生超宽带脉冲信号装置，包括光纤孤子激光器、超宽带脉冲发生器；其特征在于：所述光纤孤子激光器是其设置有光纤耦合器，其中一个光纤孤子激光器中设置有延迟器；通过调节延时器来控制亮孤子、暗孤子间的时间差，将调整时间差的两种孤子输入超宽带脉冲发生器产生所需超宽带脉冲信号，超宽带脉冲信号发生器中设置有孤子整形器用来改变超宽带脉冲信号形状；

其中，所述延时器是控制亮暗孤子间的时间间隔相适应，使其时间间隔达到皮秒或飞秒量级，以产生光生超宽带脉冲信号；所述孤子整形器是控制光生超宽带脉冲信号的形状，使亮脉冲、暗脉冲的频谱与光生超宽带脉冲信号频谱一致；所述超宽带脉冲信号发生器是使亮孤子、暗孤子形成光生超宽带脉冲信号。

2.如权利要求1所述的方法，其所述光纤孤子激光器是光纤环形腔激光器、线性腔激光器和八字型光纤激光器中的一种。

说明书

一种用于光生超宽带脉冲信号装置的脉冲信号产生方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种超宽带脉冲信号装置及其方法，具体地是一种利用孤子光纤激光器产生亮、暗孤子用于产生超宽带脉冲信号的装置及其方法。

背景技术

[0002] 超宽带脉冲系统以低占空比的超短冲激脉冲作为载体，无需载波调制，采用跳时扩谱（TH-超宽带脉冲）或直接序列扩谱（DS-超宽带脉冲）技术实现信息传输。超宽带脉冲是在整个非常宽的频率范围3.1GHz-10.6GHz内传输数字数据的无线电技术。它使用通常低于-41dBm/MHz的超低传输功率，因此，该技术可以完全包括在其他现有的传输频率内，例如WI-FI、GSM和蓝牙，这意味着超宽带脉冲可以与其它射频技术共存。此外,超宽带系统具有穿透力强、功耗低、抗多径、效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。它在10 -15m的距离范围内可实现110Mbps数据率传输。

[0003] 由于超宽带脉冲有上述优点,所以它有广泛的应用前景，产生超宽带脉冲信号方法：

[0004] 1）基于电路产生：将时钟信号微分以用作输入脉冲，并用数据信号来调制该脉冲输入，混合信号被第二次微分以便产生超宽带脉冲信号，如现有文献公开的CN1926774A专利。

[0005] 2）基于软件控制产生：利用软件无线电的方法获得超宽带脉冲窄脉冲的技术。它主要涉及的是冲激脉冲超宽带，其根本原理是利用窄脉冲来携带通信信息，如现有文献公开的CN 102045045A专利。

[0006] 3）基于CS理论的脉冲超宽带通信系统，通过数字信号处理器中的稀疏化算法将信号检测引入CS理论中，集合发射端增加的随机预编码模块、超宽带脉冲信道以及低速采样器实现对发射端发送的数字信号X的有效观测，如公开号为CN 102104396A的专利。

[0007] 4）提出用具有超宽带脉冲的频率范围的谐波信号来产生需要频率的信号，如现有公开的文献CN 101106354A，使用频带调制FBM的超宽带脉冲无线通信的方法和系统。其中，产生超宽带脉冲信号的方法如：以预定数目n比特为单位将数字数据分组以产生比特组，并调制比特组以生成具有根据各比特组的类型映射的不同中心频率的m个子带的超宽带脉冲信号，见公开号为CN1578286A专利。

发明内容

[0008] 本发明要解决的技术问题是选取合适参数的光纤孤子激光器来产生形状良好的亮孤子与暗孤子，并结合延时器和孤子整形器以实现由全光纤方法来产生超宽带脉冲信号的输出，即提供一种光生超宽带脉冲信号装置及其方法。

[0009] 本发明实现上述目的所采取的措施是一种光生超宽带脉冲信号装置及其方法的技术方案。

[0010] 本发明所述的一种光生超宽带脉冲信号装置，其所述光生超宽带脉冲信号装置是光纤孤子激光器用于光生超宽带脉冲信号产生的装置，包括有光纤孤子激光器和超宽带脉冲信号发生器；其中：

[0011] 所述光纤孤子激光器中均设置有光纤耦合器，其中一个光纤孤子激光器中设置有延迟器，通过调节延时器来控制亮、暗孤子间的时间差，将调整时间差的两种孤子输入超宽带脉冲信号发生器产生所需超宽带脉冲信号，超宽带脉冲信号发生器中的孤子脉冲整形器可改变超宽带脉冲信号形状。

[0012] 在上述光生超宽带脉冲信号装置技术方案中，附加的技术特征在于：所述光纤孤子激光器是光纤环形腔激光器、线性腔激光器和八字型光纤激光器中的一种；所述光生超宽带脉冲信号发生器是由孤子脉冲整形器、输出光纤耦合器及光电探测器组成，其作用是使亮、暗孤子实现光生超宽带脉冲信号，并可根据需要改变超宽带脉冲信号形状。

[0013] 本发明是一种用于上述光生超宽带脉冲信号装置的脉冲信号产生方法，其所述方法是通过光纤孤子激光器产生的亮、暗孤子相结合实现光生超宽带脉冲信号。

[0014] 在上述光生超宽带脉冲信号装置的方法技术方案中，附加的技术特征在于：所述光纤孤子激光器是光纤环形腔激光器、线性腔激光器和八字型光纤激光器中的一种；所述光纤孤子激光器中的脉冲延时器是控制孤子间的时间间隔以达到皮秒或飞秒量级；所述光生超宽带脉冲信号发生器是其使亮、暗孤子形成光生超宽带脉冲信号；所述光生超宽带脉冲信号发生器中的孤子整形器是控制光生超宽带脉冲信号的形状，使亮、暗脉冲的频谱与光生超宽带脉冲信号频谱一致。

[0015] 本发明上述的一种光生超宽带脉冲信号装置及其方法，与在先技术相比，本发明突出的特点是：首次使用全光纤来产生超宽带脉冲信号，选取合适参数的光纤孤子激光器来产生形状良好的亮孤子与暗孤子，并结合延时器和孤子整形器以实现由全光纤方法来产生超宽带脉冲信号的输出。该装置不仅易于携带，还因为可以通过调整光纤孤子激光器的相关参数来改变亮、暗脉冲的宽度，从而可以根据需要来调整超宽带脉冲信号的谱宽。此外，由于孤子有很好的抗干扰性，保形性，所以可以在光纤中稳定地传播。这些优点为超宽带脉冲信号在通信的广泛应用提供了可靠的保证。因此，实现本发明所提供的一种光生超宽带脉冲信号装置及其方法，将会促进孤子在光通信方面的发展以及超宽带脉冲信号在通信方面的应用。

附图说明

[0016] 为了更好地理解本发明，以及更清楚地示出如何实现本发明，将仅以示例的方法来参考附图。

[0017] 图1是本发明使用孤子光纤激光器的全光方法产生超宽带脉冲信号的装置及其方法的结构示意图。

[0018] 图2是在本发明所用的超宽带脉冲信号发生器的结构示意图。

[0019] 图中：1：激光器一泵浦源；2：激光器一波分复用器；3：激光器一前端偏振控制器；4：激光器一偏振相关隔离器；5：激光器一掺铒光纤；6：激光器一后端偏振控制器；7：激光器一输出耦合器；8：激光器一孤子整形器；9：光电探测器；10：输出光耦合器；11：激光器二孤子整形器；12：激光器二输出耦合器；13：激光器二后端偏振控制器；14：激光器二光延迟线；15：激光器二偏振相关隔离器；16：激光器二掺铒光纤；17：激光器二前端偏振控制器；18：激光器二波分复用器；19：激光器二泵浦源；20：超宽带脉冲发生器；21：亮脉冲；22：暗脉冲；23：超宽带信号Ⅰ；24超宽带信号Ⅱ。

具体实施方式

[0020] 下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

[0021] 本发明基于使用光纤孤子激光器能够产生单个亮孤子和单个暗孤子，提出将两个孤子输入超宽带脉冲信号发生器以产生所需要的超宽带脉冲信号，从而实现使用全光纤来产生超宽带脉冲信号。

[0022] 由于光纤有很好的柔韧性，因而具有体积小、易于携带等特点，实现本发明的技术方案需要两个参数不同的光纤孤子激光器，并结合延时器和孤子整形器，实现光纤化的全光产生超宽带脉冲信号。

[0023] 实施本发明所述的一种光生超宽带脉冲信号装置及其方法，包括带有延迟线的光纤孤子激光器，超宽带脉冲信号发生器和孤子整形器，其中：

[0024] 本发明装置结构是利用976nm泵浦源、掺Er3＋光纤，在线的偏振相关的光隔离器、波分复用器和输出耦合器构成，利用非线性偏振椭圆旋转的脉冲锁模技术实现光纤激光器一和光纤激光器二，并通过在光纤激光器一和光纤激光器二采用不同的光纤色散使光纤激光器分别工作在亮孤子和暗孤子输出状态，通过光纤激光器二中的光延迟线的调节使亮暗孤子输出同步，通过最终通过亮暗孤子相结合实现超宽带脉冲信号的产生。

[0025] 光纤激光器一产生暗孤子的工作原理如下：

[0026] 采用976nm的泵浦激光经过波分复用耦合器进入光纤环中，经过掺Er3＋光纤中进行增益放大，由于普通的光纤工作在负色散区域，通过采用非线性偏振旋转锁模的方法，可以实现腔内亮孤子的输出。在环形腔内，亮孤子的成形主要由一个初始光脉冲（由噪声引起）经历与偏振有关的隔离器后成为一个线偏振光，线偏振光经过一个偏振控制器后变成一个椭圆偏振光，椭圆偏振光可以被分解成两个相互垂直的、具有不同强度的线偏振光，这两个线偏振光在沿非线性Kerr介质（光纤）中传输时将积累不同的非线性相移，致使光脉冲的峰值比光脉冲的前后沿经历更多的非线性相移，调整在光隔离器前的偏振控制器，使得光脉冲的偏振方向与偏振有关的隔离器的偏振方向同向，使脉冲的峰值经历最小损耗而通过，而使光脉冲的前后两翼压缩从而发生光脉冲锁模窄化，其作用相当于可饱和吸收体的作用。

[0027] 光纤激光器二产生暗孤子的工作原理如下：

[0028] 采用976nm的泵浦激光经过波分复用耦合器进入光纤环中，经过掺Er3＋光纤中进3＋
行增益放大，在整个腔内采用色散管理光纤，掺Er 光纤采用正色散光纤，通过采用非线性偏振旋转锁模的方法，使激光器整体工作在正色散区域，可以实现腔内暗孤子的输出。

[0029] 本发明所述的976nm的半导体激光器作为泵浦源泵浦掺Er3＋，利用不同的色散参数的光纤，构建两台光纤激光器，由于腔内色散的不同，使其工作在不同的工作区域，采用非线性偏振旋转锁模技术，使激光器分别工作在亮、暗孤子区域，在激光器二腔内加入光延迟线，使光纤激光器一和光纤激光器二输出同步，通过孤子整形器调节脉冲的形状。

[0030] 工作原理如下：光纤激光器一通过激光器一泵浦源1通过激光器一波分复用器2将泵浦光耦合到激光腔内，此泵浦源采用单模光纤输出，这使的我们可以直接通过焊接来实现其与波分复用器的连接，避免了通过光纤调整架来实现光纤激光的耦合，增加了系统的稳定性。泵浦光进入到光纤环内泵浦激光器一掺铒光纤5，非线性偏振旋转的附加脉冲锁模技术通过激光器一前端偏振控制器3，激光器一偏振相关隔离器4和激光器一后端偏振控制器6来实现。通过调节激光器一前端偏振控制器3和激光器一后端偏振控制器6的位置可以使激光器工作在稳定的锁模状态。激光器一输出光纤耦合器7用于将腔内的锁模亮孤子脉冲耦合输出，一部分被输送到激光器一孤子整形器8，用于脉冲整形，用于产生超宽带脉冲信号，另一部分用于监测构成掺铒光纤激光器的锁模亮孤子进行实时检测，包括锁模的稳定性、输出光谱、输出功率等。

[0031] 光纤激光器二通过激光器二泵浦源19通过激光器二波分复用器18将泵浦光耦合到激光腔内，此泵浦源采用单模光纤输出，这使的我们可以直接通过焊接来实现其与波分复用器的连接，避免了通过光纤调整架来实现光纤激光的耦合，增加了系统了稳定性。泵浦光进入到光纤环内泵浦激光器二掺铒光纤16，非线性偏振旋转的附加脉冲锁模技术通过激光器二前端偏振控制器17，激光器二偏振相关隔离器15和激光器二后端偏振控制器13来实现。通过调节激光器二前端偏振控制器17和激光器二后端偏振控制器13的位置可以使激光器工作在稳定的锁模状态。激光器二输出光纤耦合器12用于将腔内的暗孤子脉冲耦合输出，一部分被输送到激光器二孤子整形器11，用于脉冲整形，用于产生超宽带脉冲信号,另一部分用于监测构成掺铒光纤激光器的锁模暗孤子进行实时检测，包括锁模的稳定性、输出光谱、输出功率等。

[0032] 激光器二光延迟线14主要是用来调节激光器二暗孤子脉冲的输出频率，以保证光纤激光器一和光纤激光器二输出同步。

[0033] 激光器一输出光纤耦合器7和激光器二输出光纤耦合器12输出的光，通过输出光纤耦合器10结合在光纤内，通过光电探测器9将光信号转换成电信号可实现超宽带脉冲信号的发射和传输。

[0034] 由器件1-7构成的光纤孤子激光器一中，偏振相关隔离器是使输出光变为线偏振光，并使光在光纤孤子激光器中单向运行；偏振控制器是使产生的线偏振光变为椭圆偏振光；掺铒光纤是实现光的放大，其实也可以采用其它的掺稀土离子的光纤来实现光的放大；而单模光纤的使用是为了与掺铒光纤构成色散管理，实现孤子的产生，其实也可以采用色散渐减光纤或色散位移光纤。由器件12-19组成的光纤孤子激光器二中，在选取光纤时可根据产生孤子类型的不同来确定具体参数。

[0035] 如图1中，1-7可以构成光纤孤子激光器一，是用来产生亮孤子的，12-19可以构成光纤孤子激光器二，是用来产生暗孤子的，激光器二光延迟线14是由单模光纤组成的延时器。

[0036] 如图2是由孤子整形器8、输出光纤耦合器10及光电探测器9构成的超宽带脉冲发生器20的作用，即：使亮、暗孤子即如图2中的亮脉冲21、暗脉冲22耦合到一块，形成超宽带脉冲信号，即如图2中的超宽带信号Ⅰ23，超宽带信号Ⅱ24。

[0037] 在本发明中，构成光纤孤子激光器的器件的相对位置可以改变。由单模光纤构成的延时器，可以接在两个光纤孤子激光器的任意一个光纤耦合器上。

[0038] 应当注意，词语“包括”并不排除不同于权利要求中所列出的元件或步骤的存在，并且“一个”并不排除两个，以及多个。权利要求中的任何参考标号均不应当理解为限制其范围。