專利名稱：光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太 赫茲波調(diào)制裝置及其方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線通信正面臨有限頻譜資源和迅速增長(zhǎng)的帶寬、高速業(yè)務(wù)需求的矛盾。 太赫茲通信是指用太赫茲波作為信息載體進(jìn)行的空間通信。因?yàn)樘掌澆ń橛?微波和遠(yuǎn)紅外光之間，處于電子學(xué)向光子學(xué)的過(guò)渡領(lǐng)域，所以它集成了微波通 信與光通信的有點(diǎn)。相對(duì)于微波通信而言l)太赫茲通信傳輸?shù)娜萘扛蟆Ｌ?茲波的頻段在10" l(^Hz之間，比微波通信高出1 4個(gè)數(shù)量級(jí)，可提供高達(dá) 10Gb/S的無(wú)線傳輸速率，比當(dāng)前的超寬帶技術(shù)快幾百甚至上千倍；2)太赫茲波 束更窄、方向性更好、可以探測(cè)更小的目標(biāo)以及更精確地定為；3)太赫茲波具有 更好的保密性及抗干擾能力，不受遠(yuǎn)方電子干擾的影響，甚至第三方在當(dāng)?shù)匾?很難接收太赫茲通信信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)在2 5Km范圍內(nèi)的保密通信；4)由于太赫茲 波波長(zhǎng)相對(duì)更短，在完成同樣功能的情況下，天線的尺寸可以做得更小，其他 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也可以做得更加簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。相對(duì)于光通信而言l)用光子能量約為 可見(jiàn)光的1/40的THz波作為信息載體，能量效率更高；2)太赫茲波具有更好的 穿透沙塵煙霧的能力，它可以實(shí)現(xiàn)全天候的工作。太赫茲波在通過(guò)大氣時(shí)，由 于水蒸氣而導(dǎo)致的強(qiáng)吸收、低效率以及在目前可選的太赫茲源中相對(duì)低發(fā)射功 率會(huì)給太赫茲通信帶來(lái)明顯的不利影響，但是，隨著高功率的太赫茲光源、高 靈敏度的探測(cè)技術(shù)以及高穩(wěn)定性系統(tǒng)的日益突破，占有很多優(yōu)勢(shì)的太赫茲通信 必將指日可待。
旨在推進(jìn)近距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的美國(guó)IEEE802.15委員會(huì)，于2007 年底設(shè)立了太赫茲波(Terahertz Wave,簡(jiǎn)稱THz波)研究小組"Terahertz Interest Group(IGthz)"。 THz波研究小組是因美國(guó)英特爾公司、美國(guó)AT&T Research和 韓國(guó)髙麗大學(xué)等提議設(shè)立的。該小組將探討300GHz 10THz等高頻帶開(kāi)展無(wú)線 通信的可行性。太赫茲在350GHz、 450GHz、 620GHz、 735GHz和870GHz頻 率附近存在著相對(duì)透明的大氣窗口。以太赫茲波為通信載體的新一代通信系統(tǒng) 正以其低竊聽(tīng)率，高抗干擾性、全天候工作、準(zhǔn)定向等優(yōu)點(diǎn)而備受重視，并正 逐步成為國(guó)外相關(guān)單位研究的重點(diǎn)。但是作為THz通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一的 太赫茲波高速調(diào)制技術(shù)相關(guān)研究報(bào)道很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫 茲波調(diào)制裝置及其方法。
光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置包括太赫茲波源、u形聚乙烯圓波 導(dǎo)輸入端、u形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端、u形聚乙烯圓波導(dǎo)、可調(diào)制的半導(dǎo)體激
光器、第一硅片、第二硅片，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波由u形聚乙烯圓波 導(dǎo)輸入端輸入，通過(guò)u形聚乙烯圓波導(dǎo)，經(jīng)u形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端輸出，在
u形聚乙烯圓波導(dǎo)的底端同一平面內(nèi)平行設(shè)有第一硅片、第二硅片，第一硅片
上方設(shè)有可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器。
所述的可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器的工作波長(zhǎng)為680 900nm，功率5 500 mW，調(diào)制速度為50KHz/s lGHz/s。第一硅片和第二硅片的半徑為4 12mm， 厚度為0.1 1.5mm。第一硅片和第二硅片之間的距離為10 10(^m。 U形聚乙 烯圓波導(dǎo)的底端與第一硅片之間的距離為10 100pm。 U形聚乙烯圓波導(dǎo)折射 率為1.45 1.52，聚乙烯波導(dǎo)半徑為0.4 2.5mm。太赫茲波源1為返波振蕩器 BWO。
光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制方法是當(dāng)可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器不發(fā) 出激光時(shí)，由U形聚乙烯圓波導(dǎo)、第一硅片和第二硅片組成的耦合諧振腔產(chǎn)生 諧振，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波從U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸入端輸入，通過(guò)U 形聚乙烯圓波導(dǎo)，經(jīng)U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端輸出；當(dāng)可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器 發(fā)出激光照射到第一硅片時(shí)，第一硅片的折射率發(fā)生改變，由U形聚乙烯圓波 導(dǎo)、第一硅片和第二硅片組成的耦合諧振腔不再產(chǎn)生諧振，太赫茲波源發(fā)出的 太赫茲波無(wú)法通過(guò)U形聚乙烯圓波導(dǎo)，利用可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器控制照射到 第一硅片上的激光，從而控制由U形聚乙烯圓波導(dǎo)、第一硅片和第二硅片組成 的耦合諧振腔的諧振，實(shí)現(xiàn)把信號(hào)加載到太赫茲波上。
本發(fā)明中光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置具有損耗小，調(diào)制帶寬大， 調(diào)制速度快，結(jié)構(gòu)緊湊，便于集成，滿足太赫茲波通信需求。


圖1是光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置示意圖2 (a)是可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器不發(fā)出激光時(shí)，0.35THz頻率的太赫茲 波通過(guò)耦合諧振腔中的U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端輸出情況示意圖2 (b)是可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光照射到第一硅片時(shí)，0.35THz 頻率的太赫茲波無(wú)法通過(guò)耦合諧振腔中的U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端輸出情況示意圖中太赫茲波源l、太赫茲波輸入端2、太赫茲波輸出端3、 U形聚乙烯
圓波導(dǎo)4、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5、第一硅片6、第二硅片7。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置包括太赫茲波源1、 U 形聚乙烯圓波導(dǎo)輸入端2、 U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端3、 U形聚乙烯圓波導(dǎo)4、 可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5、第一硅片6、第二硅片7，由太赫茲波源l發(fā)出的太 赫茲波由U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸入端2輸入，通過(guò)U形聚乙烯圓波導(dǎo)4，經(jīng)U形 聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端3輸出，在U形聚乙烯圓波導(dǎo)4的底端同一平面內(nèi)平行設(shè) 有第一硅片6、第二硅片7，第一硅片6上方設(shè)有可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5。
所述的可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5的工作波長(zhǎng)為680 900nm，功率5 500 mW，調(diào)制速度為50KHz/s lGHz/s。第一硅片6和第二硅片7的半徑為4 12mm，厚度為0.1 1.5mm。第一硅片6和第二硅片7之間的距離為10 100nm。 U形聚乙烯圓波導(dǎo)4的底端與第一硅片6之間的距離為10 100pm。 U形聚乙 烯圓波導(dǎo)4折射率為1.45 1.52，聚乙烯波導(dǎo)半徑為0.4 2.5mm。太赫茲波源 1為返波振蕩器BWO。
光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制方法是在于當(dāng)可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5 不發(fā)出激光時(shí)，由U形聚乙烯圓波導(dǎo)4、第一硅片6和第二硅片7組成的耦合 諧振腔產(chǎn)生諧振，由太赫茲波源1發(fā)出的太赫茲波從U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸入端 2輸入，通過(guò)U形聚乙烯圓波導(dǎo)4，經(jīng)U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端3輸出；當(dāng)可 調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5發(fā)出激光照射到第一硅片6時(shí)，第一硅片6的折射率發(fā) 生改變，由U形聚乙烯圓波導(dǎo)4、第一硅片6和第二硅片7組成的耦合諧振腔 不再產(chǎn)生諧振，太赫茲波源1發(fā)出的太赫茲波無(wú)法通過(guò)U形聚乙烯圓波導(dǎo)4， 利用可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5控制照射到第一硅片6上的激光，從而控制由U 形聚乙烯圓波導(dǎo)4、第一硅片6和第二硅片7組成的耦合諧振腔的諧振，實(shí)現(xiàn)把 信號(hào)加載到太赫茲波上。
本發(fā)明的工作過(guò)程選擇Microtech公司出售的返波振蕩器BWO作為太赫 茲源，計(jì)算機(jī)控制BWO輸出太赫茲波在0.23-0.375THz頻段內(nèi)改變，選取U形 聚乙烯圓波導(dǎo)、第一硅片和第二硅片組成的耦合諧振腔的諧振太赫茲頻率，太 赫茲源發(fā)出連續(xù)的太赫茲波。該頻率的太赫茲波在可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器不發(fā) 出激光時(shí)，由U形聚乙烯圓波導(dǎo)、第一硅片和第二硅片組成的耦合諧振腔產(chǎn)生 諧振，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波由U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸入端輸入，通過(guò)U形聚乙烯圓波導(dǎo)，經(jīng)U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端輸出，此時(shí)，利用BWO自帶的 肖特基二極管太赫茲波探測(cè)器在U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端可以探測(cè)到太赫茲 波；當(dāng)可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光照射到第一硅片時(shí)，第一硅片的折射率 發(fā)生改變，由U形聚乙烯圓波導(dǎo)、第一硅片和第二硅片組成的耦合諧振腔不再 產(chǎn)生諧振，太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波無(wú)法通過(guò)U形聚乙烯圓波導(dǎo)，在U形聚 乙烯圓波導(dǎo)輸出端沒(méi)有輸出，此時(shí)，利用BWO自帶的肖特基二極管太赫茲波 探測(cè)器在U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端探測(cè)不到太赫茲波。因此，利用可調(diào)制的半 導(dǎo)體激光器控制照射到第一硅片上的激光，從而控制由U形聚乙烯圓波導(dǎo)、第 一硅片和第二硅片組成的耦合諧振腔的諧振，實(shí)現(xiàn)把信號(hào)加載到太赫茲波上。 實(shí)施例1
0.35THz頻率的太赫茲波調(diào)制
選擇Microtech出售的BWO,其中返波管型號(hào)選為QS1-370 ov30 (頻率在 0.26-0.37THz頻段可調(diào)諧)，計(jì)算機(jī)控制BWO輸出波在0.26-0.37THz頻段內(nèi)改 變。設(shè)計(jì)的U形聚乙烯圓波導(dǎo)折射率為1.49， U形聚乙烯圓波導(dǎo)半徑0.45mm， 第一硅片和第二硅片半徑為8mm,第一硅片和第二硅片厚度為0.5mm。選擇太 赫茲通信用的太赫茲波頻率為0.35THz，可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器的工作波長(zhǎng) 808nm，功率10mW。獲得可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器不發(fā)出激光時(shí)，0.35THz頻率 的太赫茲波通過(guò)耦合諧振腔中的U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端輸出情況如附圖2 (a);可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光照射到第一硅片時(shí)，0.35THz頻率的太赫 茲波無(wú)法通過(guò)耦合諧振腔中的U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端輸出情況如附圖2 (b)。 該光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置的消光比為45dB，調(diào)制速度1.5Gb/s， 調(diào)制帶寬為lGHz。
權(quán)利要求
1. 一種光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于包括太赫茲波源(1)、U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸入端(2)、U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端(3)、U形聚乙烯圓波導(dǎo)(4)、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(5)、第一硅片(6)、第二硅片(7)，由太赫茲波源(1)發(fā)出的太赫茲波由U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸入端(2)輸入，通過(guò)U形聚乙烯圓波導(dǎo)(4)，經(jīng)U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端(3)輸出，在U形聚乙烯圓波導(dǎo)(4)的底端同一平面內(nèi)平行設(shè)有第一硅片(6)、第二硅片(7)，第一硅片(6)上方設(shè)有可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特 征在于所述的可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(5)的工作波長(zhǎng)為680 900nm，功率5 500mW，調(diào)制速度為50KHz/s lGHz/s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特 征在于所述的第一硅片(6)和第二硅片(7)的半徑為4 12mm，厚度為0.1 1.5mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特 征在于所述的第一硅片(6)和第二硅片(7)之間的距離為10 100,。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置,其特 征在于所述的U形聚乙烯圓波導(dǎo)(4)的底端與第一硅片(6)之間的距離為10 層(om。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特 征在于所述的U形聚乙烯圓波導(dǎo)(4)折射率為1.45 1.52，聚乙烯波導(dǎo)半徑為 0.4 2.5mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特 征在于所述的太赫茲波源(1)為返波振蕩器BWO。
8. —種使用如權(quán)利要求1所述裝置的光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制方 法，其特征在于當(dāng)可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(5)不發(fā)出激光時(shí)，由U形聚乙烯圓 波導(dǎo)(4)、第一硅片(6)和第二硅片(7)組成的耦合諧振腔產(chǎn)生諧振，由太 赫茲波源(1)發(fā)出的太赫茲波從U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸入端(2)輸入，通過(guò)U 形聚乙烯圓波導(dǎo)(4)，經(jīng)U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端(3)輸出；當(dāng)可調(diào)制的半導(dǎo) 體激光器(5)發(fā)出激光照射到第一硅片(6)時(shí)，第一硅片(6)的折射率發(fā)生 改變，由U形聚乙烯圓波導(dǎo)(4)、第一硅片(6)和第二硅片(7)組成的耦合 諧振腔不再產(chǎn)生諧振，太赫茲波源(1)發(fā)出的太赫茲波無(wú)法通過(guò)U形聚乙烯圓 波導(dǎo)(4)，利用可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(5)控制照射到第一硅片(6)上的激 光，從而控制由U形聚乙烯圓波導(dǎo)(4)、第一硅片(6)和第二硅片(7)組成 的耦合諧振腔的諧振，實(shí)現(xiàn)把信號(hào)加載到太赫茲波上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光控耦合諧振腔結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置及其方法。它包括太赫茲波源、U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸入端、U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端、U形聚乙烯圓波導(dǎo)、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器、第一硅片、第二硅片，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波由U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸入端輸入，通過(guò)U形聚乙烯圓波導(dǎo)，經(jīng)U形聚乙烯圓波導(dǎo)輸出端輸出，在U形聚乙烯圓波導(dǎo)的底端同一平面內(nèi)平行設(shè)有第一硅片、第二硅片，第一硅片上方設(shè)有可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器。本發(fā)明利用可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器控制照射到第一硅片上的激光，從而控制耦合諧振腔的諧振，把信號(hào)加載到太赫茲波上，具有損耗小，調(diào)制帶寬大，調(diào)制速度快，結(jié)構(gòu)緊湊，便于集成，滿足太赫茲波通信需求。
文檔編號(hào)H04B10/152GK101546048SQ20091009791
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者李九生 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院