本发明专利技术公开了太比特容量中红外光信号产生装置，包括双波长光放大单元和超宽带匹配频率变换单元，超宽带匹配频率变换单元采用匹配设计的阶跃啁啾型极化周期方式和匹配的晶体温度调控，1.5μm波段太比特容量光信号进入双波长光放大单元，与波长为λ2的1μm波段连续泵浦光一起耦合后进入超宽带匹配频率变换单元，经过超宽带准相位匹配的非线性频率变换，产生太比特容量的中红外光信号。由于采用匹配设计的阶跃啁啾型极化周期方式和匹配的晶体温度调控，可支持1.5μm波段至中红外波段的光域转换带宽提升至50nm以上，而太比特信号占用带宽通常约为20nm左右，因此完全有能力实现中红外波段太比特容量光信号的产生。红外波段太比特容量光信号的产生。红外波段太比特容量光信号的产生。
【技术实现步骤摘要】
太比特容量中红外光信号产生装置及信号产生方法
[0001]本专利技术属于超高速中红外空间激光通信
，涉及太比特容量中红外光信号产生装置，具体涉及太比特容量中红外光信号产生方法。
技术介绍
[0002]6G通信网络是下一代国家战略性信息基础设施，可实现空、天、地、海信息节点间高速互联互通，而空间激光通信技术是节点间实现高速互联互通的重要通信手段。目前基于近红外波段的空间激光通信在真空信道和高能见度大气信道条件下应用效果较好，然而在面对大气湍流、雨雪雾天气等复杂时变信道时，其链路可通率仅为32％左右。与此相对应的是，3
‑
5μm中红外光波具有抗大气湍流能力强、太阳背景噪声占比低和低能见度下透过率高等明显大气信道传输优势。例如，法国航空航天科研局发布了“SCALPEL”研究计划，计划瞄准更适于大气传输和弱湍流效应的新谱段通信方式。通过对比近红外与中红外在大气传输中的各项特性结果，选择中红外波段(3
‑
5μm)作为通信波长，因此针对空间网络中不可或缺的大气链路而言，采用中红外波段实现大气通信是非常有潜力的新型通信方式。目前采用非线性光学频率变换技术是产生较高速率中红外光信号的一种有效手段，可以将近红外的光信号转换到中红外波段，并且保留了原本的调制信息，但是目前受限于非线性晶体单一极化周期特性和温度敏感的影响，转换带宽一般在几个纳米，这导致在进一步提升中红外光信号的容量时遇到瓶颈，难以产生～100Gbps容量以上的中红外光信号，因此为了进一步突破中红外波段的传输容量，迈向太比特(～Tbps)容量的中红外光信号产生，需要极大提升非线性频率转换过程的带宽和增益平坦特性，而目前尚未见到有太比特容量的中红外光信号产生的方法。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是提供太比特容量中红外光信号产生装置，解决了现有技术难以实现中红外波段太比特容量光信号产生的难题。
[0004]本专利技术的另一目的是提供太比特容量中红外光信号产生方法。
[0005]本专利技术所采用的第一技术方案是，太比特容量中红外光信号产生装置，包括双波长光放大单元和超宽带匹配频率变换单元，超宽带匹配频率变换单元采用匹配设计的阶跃啁啾型极化周期方式和匹配的晶体温度调控，1.5μm波段太比特容量光信号进入双波长光放大单元，与波长为λ2的1μm波段连续泵浦光一起耦合后进入超宽带匹配频率变换单元，经过超宽带准相位匹配的非线性频率变换，产生太比特容量的中红外光信号。
[0006]本专利技术的特点还在于：
[0007]双波长光放大单元具体结构为：包括接收1.5μm波段太比特光信号的1.5μm波段放大器，1.5μm波段放大器连接高功率光隔离器a，还包括依次连接的1μm波段可调谐激光器、1μm波段放大器、高功率光隔离器b，高功率光隔离器a、高功率光隔离器b均连接波分复用器输入端，波分复用器输出端连接光纤准直透镜，光纤准直透镜输出端连接超宽带匹配频率
变换单元，控制单元的四个端口分别与1μm波段可调谐激光器、1μm波段放大器、1.5μm波段放大器、晶体加热装置连接。
[0008]超宽带匹配频率变换单元具体结构为：包括阶跃啁啾型周期极化晶体、晶体加热装置、滤光片、中红外波段光功率计，阶跃啁啾型周期极化晶体靠近双波长光放大单元的一侧称为A侧，阶跃啁啾型周期极化晶体远离双波长光放大单元的一侧称为B侧，阶跃啁啾型周期极化晶体的A侧与双波长光放大单元连接，阶跃啁啾型周期极化晶体的B侧与滤光片连接，滤光片与中红外波段光功率计连接，晶体加热装置与阶跃啁啾型周期极化晶体连接，晶体加热装置同时还与双波长光放大单元中的控制单元连接，阶跃啁啾型周期极化晶体与光纤准直透镜输出端位于同一条光路上。
[0009]阶跃啁啾型周期极化晶体的极化周期为周期性阶跃递增，具体设计为：在晶体长度L上分为n个区域，每个区域包含k个相同的极化周期Λ，第n个区域中的周期为Λ
n
，相邻区域之间的极化周期差
△
Λ＝Λ
n
‑
Λ
n
‑1，极化占空比为0.5。
[0010]光纤准直透镜输出光入射至阶跃啁啾型周期极化晶体表面的角度为89
°
～91
°
之间。
[0011]1μm波段可调谐激光器输出波长为1μm～1.1μm之间调谐，输出为线偏振光；1μm波段放大器为全保偏光放大器，能够放大1μm～1.1μm之间的任意波长；1.5μm波段放大器为全保偏光放大器，能够放大1530nm～1565nm之间的任意波长。
[0012]1.5μm波段太比特光信号的调制格式是强度光信号、相位光信号以及高阶调制光信号中的任意一种；高功率光隔离器a、高功率光隔离器b、波分复用器均为保偏器件，均能够承受最高10W光功率；晶体加热装置的温度范围为20℃～100℃。
[0013]阶跃啁啾型周期极化晶体为掺氧化镁周期极化铌酸锂晶体、掺氧化镁周期极化钽酸锂晶体、周期极化铌酸锂晶体中的任意一种；滤光片为锗窗口片、硅窗口片、氟化钡窗口片中的任意一种。
[0014]本专利技术所采用的第二个技术方案是，中红外波段太比特容量光信号产生方法，使用太比特容量中红外光信号产生装置，过程为：将1.5μm波段中心波长为λ1的太比特容量光信号、1μm波段可调谐激光器输出光信号分别输入至双波长光放大单元，进行放大、滤波、耦合、准直后，得到空见光，将空间光输入至超宽带匹配频率变换单元，经过超宽带准相位匹配的非线性频率变换，产生太比特容量的中红外光信号。
[0015]中红外波段太比特容量光信号产生方法，具体按照以下步骤实施：
[0016]步骤1、控制单元设定1μm波段可调谐激光器输出波长范围在1μm～1.1μm之间波长为λ2的泵浦光，1.5μm波段放大器、1μm波段放大器输出功率范围为1W～5W；
[0017]步骤2、1.5μm波段中心波长为λ1的太比特容量光信号进入1.5μm波段放大器放大后，经过高功率光隔离器a后进入波分复用器；同时，1μm波段可调谐激光器输出波长范围在1μm～1.1μm之间波长为λ2的泵浦光，经1μm波段放大器放大后经高功率光隔离器b后进入波分复用器；
[0018]步骤3、两个光信号在波分复用器耦合后进入光纤准直透镜准直，并输出空间光，空间光从A侧以一定角度入射至阶跃啁啾型周期极化晶体表面，从阶跃啁啾型周期极化晶体B侧输出后进入滤光片；
[0019]步骤4、经滤光片后只保留3～5μm中红外光信号输出，输出的中红外波段太比特容
量光信号进入中红外波段光功率计进行功率监测；控制单元的控制信号设定相应温度用以适配光差频过程的相位匹配过程，并且在中红外波段光功率计中监测中红外波段太比特容量光信号功率，当功率达到最大时，表面在此温度下达到非线性频率变换过程的最佳相位匹配。
[0020]本专利技术的有益效果是，
[0021]1)可实现太比特量级的超大容量中红外光信号产生。由于采用匹配设计的阶跃啁啾型极化周期方式和匹配的晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.太比特容量中红外光信号产生装置，其特征在于，包括双波长光放大单元和超宽带匹配频率变换单元，所述超宽带匹配频率变换单元采用匹配设计的阶跃啁啾型极化周期方式和匹配的晶体温度调控，1.5μm波段太比特容量光信号进入双波长光放大单元，与波长为λ2的1μm波段连续泵浦光一起耦合后进入超宽带匹配频率变换单元，经过超宽带准相位匹配的非线性频率变换，产生太比特容量的中红外光信号。2.根据权利要求1所述太比特容量中红外光信号产生装置，其特征在于，所述双波长光放大单元具体结构为：包括接收1.5μm波段太比特光信号的1.5μm波段放大器，所述1.5μm波段放大器连接高功率光隔离器a，还包括依次连接的1μm波段可调谐激光器、1μm波段放大器、高功率光隔离器b，所述高功率光隔离器a、高功率光隔离器b均连接波分复用器输入端，所述波分复用器输出端连接光纤准直透镜，所述光纤准直透镜输出端连接超宽带匹配频率变换单元，控制单元的四个端口分别与1μm波段可调谐激光器、1μm波段放大器、1.5μm波段放大器、晶体加热装置连接。3.根据权利要求2所述太比特容量中红外光信号产生装置，其特征在于，所述超宽带匹配频率变换单元具体结构为：包括阶跃啁啾型周期极化晶体、晶体加热装置、滤光片、中红外波段光功率计，所述阶跃啁啾型周期极化晶体靠近所述双波长光放大单元的一侧称为A侧，所述阶跃啁啾型周期极化晶体远离所述双波长光放大单元的一侧称为B侧，所述阶跃啁啾型周期极化晶体的A侧与双波长光放大单元连接，所述阶跃啁啾型周期极化晶体的B侧与滤光片连接，所述滤光片与中红外波段光功率计连接，所述晶体加热装置与阶跃啁啾型周期极化晶体连接，所述晶体加热装置同时还与双波长光放大单元中的控制单元连接，所述阶跃啁啾型周期极化晶体与光纤准直透镜输出端位于同一条光路上。4.根据权利要求3所述太比特容量中红外光信号产生装置，其特征在于，所述阶跃啁啾型周期极化晶体的极化周期为周期性阶跃递增，具体设计为：在晶体长度L上分为n个区域，每个区域包含k个相同的极化周期Λ，第n个区域中的周期为Λ
n
，相邻区域之间的极化周期差
△
Λ＝Λ
n
‑
Λ
n
‑1，极化占空比为0.5。5.根据权利要求3所述太比特容量中红外光信号产生装置，其特征在于，所述光纤准直透镜输出光入射至阶跃啁啾型周期极化晶体表面的角度为89
°
～91
°
之间。6.根据权利要求2所述太比特容量中红外光信号产生装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏玉龙，朱江峰，田文龙，于洋，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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