本發(fā)明涉及光纖-無線通信技術(shù)領(lǐng)域和軌道角動量（OAM）信道復(fù)用，具體是一種基于光電結(jié)合和軌道角動量復(fù)用的太赫茲高速通信系統(tǒng)。

技術(shù)背景

目前，受限于高端光-電轉(zhuǎn)換器件（PD）的響應(yīng)帶寬和響應(yīng)度，在太赫茲頻段的光纖-無線通信僅在日本、德國和美國能夠?qū)崿F(xiàn)，而軌道角動量（OAM）作為信道復(fù)用在光頻段和微波段均有相應(yīng)的研究，而在太赫茲頻段正處于初步階段。在太赫茲頻段的光纖-無線通信系統(tǒng)中采用軌道角動量復(fù)用尚屬首次。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供了一種基于光電結(jié)合和軌道角動量復(fù)用的太赫茲高速通信系統(tǒng)，采用UTC-PD光子混頻器產(chǎn)生太赫茲頻段的通信載波，再加載兩路OAM信道復(fù)用，可以成倍提高光纖-無線通信系統(tǒng)的通信容量。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

基于光電結(jié)合和軌道角動量復(fù)用的太赫茲高速通信系統(tǒng)，其特征在于：包括發(fā)射端、OAM信道復(fù)用加載模塊、解復(fù)用模塊和接收端；

所述發(fā)射端，用于產(chǎn)生太赫茲已調(diào)載波信號；

所述OAM信道復(fù)用加載模塊，用于將太赫茲已調(diào)載波信號的能量均分，并加載有不同階數(shù)的軌道角動量；

所述OAM信道解復(fù)用模塊，用于解下帶有不同階數(shù)的軌道角動量的準(zhǔn)直的信道載波；

所述接收端，用于接收攜帶不同階數(shù)的軌道角動量的信道載波。

所述發(fā)射端包括兩個獨立可調(diào)諧的DFB激光器（即分布反饋半導(dǎo)體激光器）、MZM（馬赫-曾德爾調(diào)制器）和UTC-PD（即單向傳輸載流子光電二極管）；其中一個DFB激光器的輸出光束上調(diào)制有基帶信號，另一個DFB激光器的輸出光束未調(diào)諧，兩個獨立可調(diào)諧的DFB激光器之間存在一定的差頻。所述DFB激光器采用型號為EXFO的FLS-2800。所述兩束輸出光束均進入UTC-PD（即單向傳輸載流子光電二極管），混頻產(chǎn)生太赫茲已調(diào)載波信號。

所述OAM信道復(fù)用加載模塊前端設(shè)置有分束器，集成有近場準(zhǔn)直透鏡與發(fā)射天線；所述太赫茲已調(diào)載波信號的能量被分束器均分（平分成兩份），并加載不同階數(shù)的軌道角動量，然后通過近場準(zhǔn)直透鏡與發(fā)射天線集成發(fā)射出近乎準(zhǔn)直的和差頻相同的信道載波。

所述OAM信道解復(fù)用模塊包括兩個OAM螺旋相位板、近場準(zhǔn)直透鏡和接收天線，OAM螺旋相位板與接收天線接收OAM信道復(fù)用加載模塊發(fā)射的波束。

所述接收端包括LNA（低噪聲放大器）、BPF（帶通濾波器）、混頻器、Digital Storage OSC（數(shù)字存儲示波器）和Offline DSP（離線數(shù)字信號處理模塊）。

上述系統(tǒng)架構(gòu)中：

兩個獨立可調(diào)諧的DFB激光器中，一個DFB激光器產(chǎn)生的DFB激光通過馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）調(diào)制上基帶信號，根據(jù)馬赫-曾德爾調(diào)制器的調(diào)制格式（單邊帶/雙邊帶，AM/QPSK等）設(shè)置直流電壓偏置點；通過發(fā)射天線發(fā)射出去的為和差頻相同的通信載波加載不同階數(shù)的軌道角動量。

所述OAM螺旋相位板采用+4的螺旋相位板和+8的螺旋相位板。

所述發(fā)射端主要是將一束已調(diào)制的光載波信號和未調(diào)制的另一束DFB激光引入UTC-PD，產(chǎn)生和差頻相同的拍頻信號，再通過分束器均分成兩路，分別采用+4和+8的OAM螺旋相位板對天線發(fā)射出去和差頻相同的信道載波加載不同階數(shù)的軌道角動量。

所述OAM信道加載模塊和OAM信道解復(fù)用模塊都采用了近場準(zhǔn)直透鏡和天線集成。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明采用UTC-PD光子混頻器產(chǎn)生太赫茲頻段的通信載波，再加載兩路OAM信道復(fù)用，可以成倍提高光纖-無線通信系統(tǒng)的通信容量。

附圖說明

圖1為攜帶不同階數(shù)的軌道角動量的波前螺旋相位示意圖；

圖2為本發(fā)明產(chǎn)生攜帶軌道角動量的140GHz通信載波的的發(fā)射端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的接收端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)圖。

具體實施方式

如圖2所示，一種基于OAM信道復(fù)用的太赫茲頻段光纖-無線通信系統(tǒng)發(fā)射端。激勵光源端采用兩個獨立的高性能DFB半導(dǎo)體激光器，對其中一只產(chǎn)生的光通信波長采用馬赫-曾德爾強度調(diào)制器（IM）調(diào)制，與另一束拍頻產(chǎn)生140 GHz的載頻，高端光-電轉(zhuǎn)換器件采用日本NTT公司的UTC-PD（型號：W型-IOD-PMD-11001，中心頻率在140 GHz），將能量平均分成兩束（50％，50％）后，分別通過喇叭天線發(fā)射，在近場處采用（+4，＋8）反射式相位板，對通信載波加載（+4，+8）階的軌道角動量。經(jīng)過一段距離的自由空間傳輸（室內(nèi)1m），再經(jīng)過共軛的反射式相位板（-4，－8）將攜帶不同軌道角動量（OAM）的信道載波分別解下來，經(jīng)過接收端的接收天線后，再進行后續(xù)的混頻和信號處理過程，接收端結(jié)構(gòu)如圖3所示。

軌道角動量的階數(shù)（l，做通信信道一般取整數(shù)）定義如圖1所示，l階表示波前每行進一個周期，相位旋轉(zhuǎn)2πl(wèi)。

將通信載波加載不同程度的軌道角動量（OAM， 用于通信信道一般取為整數(shù)階），與常規(guī)的復(fù)用方式（包括頻分復(fù)用、時分復(fù)用、極化復(fù)用等）完全正交，只需在原有信道基礎(chǔ)上加上加旋和解旋的環(huán)節(jié)。

如圖4所示，本發(fā)明的工作原理為：兩路可調(diào)諧激光輸出波長，其中一路經(jīng)過馬赫曾德爾電光強度調(diào)制器將外部電信號調(diào)制上光載波，與另一路在單向傳輸載流子光電二極管上混頻產(chǎn)生攜帶調(diào)制信息的太赫茲載波，經(jīng)OAM信道復(fù)用加載模塊分多路信道發(fā)送，接收端由OAM信道解復(fù)用模塊和頻率下轉(zhuǎn)換電路與信號處理模塊構(gòu)成，完成信號OAM模式解復(fù)用、接收與處理。