[发明专利]半导体光放大器和光延时线的全光超宽带脉冲产生方法

说明书

(一)技术领域

本发明属于光纤无线通信系统技术领域中全光超宽带脉冲的产生方法。

(二)背景技术

超宽带(UWB)技术作为一种新型无线通信技术，与传统通信系统相比，具有频谱宽、数据传输率高、功耗低、安全性高、多径分辨能力强、定位准确等优点。美国联邦通信委员会(FCC)规定3.1GHz-10.6GHz为UWB允许使用频段范围，且它的发射功率必须低于1mW。超宽带系统可与现有的窄带系统(如蜂窝通信系统，全球定位系统等)公用频段，大大提高了频谱利用率。在小于10米的范围内能提供最大无线连接速率可达到1Gbps，易于实现多用户的短距离高速数据通信。虽然其具有诸多优点已经成功应用在多个方面，但是超宽带信号的无线传输距离只有几米到几十米的范围，大大限制了超宽带技术的应用范围。

为了提供随时随地的超宽带无线接入服务，使非无线窗口下的信号可以传输更远的距离，将超宽带技术和光纤无线通信技术进行结合被认为是有效的解决方案。近年来，特别是在光域生成超宽带信号，具有损耗低、基于光纤传输距离远、相对带宽大，与全光网路兼容能力强的特性引起关注。在光域直接产生符合FCC规定的超宽带信号，采用全光的方法实现对超宽带信号的调制，这样在整个发射过程中省去了复杂的光电和电光的转换过程，降低了系统的复杂性和成本。与传统的电域下产生脉冲无线电超宽带信号和多带正交频分复用超宽带信号相比，全光超宽带脉冲产生技术具有实现简单，体积小、成本低和不受电磁干扰等优点，并且易于与光学器件集成。

目前光学产生超宽带信号的方法主要有：基于光纤色散、基于光纤布拉格光栅的光学滤波、基于半导体光放大器(SOA)的非线性效应、基于偏振干涉仪进行偏振控制。其中采用半导体光放大器具有高非线性、光控操纵、低消耗功率等特点，成为光学产生超宽带信号的常用器件之一。已提出的基于半导体光放大器产生全光超宽带信号的方法，主要有：1）利用半导体光放大器的交叉增益调制特性产生超宽带monocycle脉冲[ F. Zeng, Q. Wang, and J. Yao, All-optical UWB impulse generation based on cross-phase modulation and frequency discrimination, Electron. Lett., vol. 43, pp. 121-122, 2007] [Zhefeng Hu, Junqiang Sun, Jing Shao, and Xinliang Zhang, “Filter-free optically switchable and tunable ultrawideband monocycle generation based on wavelength conversion and fiber dispersion,” IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 22, No. 1, 2010]，这些方法存在频率啁啾和消光比退化的问题；2）基于半导体光放大器的交叉相位调制效应产生超宽带信号[J. Dong, X. Zhang, Y. Zhang and D. Huang. “Optical UWB doublet pulse generation using multiple nonlinearities of single SOA.,” Electron. Lett., vol. 44 ,No. 18, pp. 1083-1084, 2008]，该方案相对于利用半导体光放大器的交叉增益调制特性产生超宽带信号方案提高了消光比，减小了信号的频率啁啾，但是需要多个激光源，成本高；3）利用半导体光放大器的交叉相位调制特性和密集波分复用多信道鉴频，得到全光超宽带脉冲[ Fei Wang, Jianji Dong, Enming Xu, Xinliang Zhang. “All-optical UWB generation and modulation using SOA-XPM effect and DWDM-based multi-channel frequency discrimination,” Optics Express, vol.18, pp. 24588-24594, 2010] ，该方案中用到密集波分复用器相当于光纤布拉格光栅的的滤波作用，而且需要两个或多个激光源，成本高。

(三)发明内容

本发明针对上述情况，解决了以往产生全光超宽带脉冲信号需要两个或多个激光源，成本高的问题，并且可以改善输出信号的消光比，解决在光纤上传输上下脉冲会引入时间差的问题。具有创新性的实用价值。