基于石墨烯法布里—珀罗腔的双稳态随机共振太赫兹弱信号重构技术研究

• 作 者: 常征
• 出 处: 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 随机共振 非线性光学 光学双稳态 微弱信号处理

近三十多年,随机共振相关理论、模型及应用引起了研究人员广泛的兴趣,相关研究工作取得了蓬勃的发展。目前,随机共振的理论和应用研究已经广泛涉及到了物理、化学、生物、通信、机械、电子、地震学、神经网络等等各个学科及研究领域。随机共振现象的出现让人们认识到:噪声不一定都是有害的,在特定的非线性系统中,可以利用将噪声的部分能量转移到信号中的方式,来检测微弱信号。随机共振理论的提出为微弱信号的检测开辟出了一条新途径,其独特的优势为其在信号处理领域的应用提供了广阔的空间。本文主要研究了基于随机共振的弱信号重构的理论方法,并基于光学双稳态原理,实现了基于随机共振的微弱太赫兹纳秒脉冲信号的重构。本文主要研究内容总结:1.分析了微弱信号检测技术的背景和意义。介绍了传统弱光信号检测技术和随机共振信号重构技术的理论和应用发展现状,特别是随机共振在微弱信号处理中的独特优势。2.研究了基于经典双稳态的随机共振理论模型,包括理论模型的建立,随机共振发生的原理机制,以及以一个延迟双稳态模型为例,仿真模拟了利用随机共振提取强噪声背景下微弱信号的过程。3.研究了基于石墨烯F-P腔的双稳态理论,包括石墨烯在太赫兹波段的非线性响应理论、其双稳态结构及理论模型;分析了各种系统参数,如信号光频率、费米能量、F-P腔平面镜透射率、腔长以及弛豫时间对双稳态特性的影响,为实现太赫兹波段随机共振弱信号提取提供了基础。4.提出了基于石墨烯F-P腔双稳态系统的随机共振理论,并利用此系统对强噪声背景下的纳秒脉冲信号进行了提取。通过用互相关系数指标来评价系统,结果表明,系统较大的噪声强度范围内都可以实现输出信号较大的改善。该系统表现出了良好的输出信噪比改善的能力。