[實用新型]基于時域成像的皮秒光信號處理裝置

有效

• 申請號: 201521098630.3
• 申請日: 2015-12-25
• 公開（公告）號: CN205301771U
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 劉紅軍;周明陽;孫啟兵;黃楠
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02F3/00
• 分類號: G02F3/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

技術領域

本實用新型屬于超高速時域光信號處理技術領域，具體涉及一種皮秒光 信號處理裝置。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，人們對信息的需求量日益劇增，傳統的電子 學通信技術已經越來越難以滿足未來的需求。光通信技術以其高速率大容量 的特點，在現代通信網絡中得到了廣泛的應用，特別是全光通信網絡可以直 接在光域進行信號處理，已成為未來通信網發展的主要方向。近年來，隨著 光波時域調制技術的不斷提高，超快光信號處理的發展趨勢不僅局限于太赫 茲量級的信號帶寬，還包括更為復雜的信號波形和更加高級的調制方式。傳 統的傅里葉光學通過在空域中對光波進行調制，可以實現多種類型的信息處 理。光波的時空二元性原理，即光波空域衍射和脈沖時域色散過程在數學表 述上的相似性，使眾多空域光信號處理技術可以運用在時域，產生了一些先 進有效的時域光信號處理方法，時域成像就是其中得到普遍關注和廣泛應用 的一種典型。

空間透鏡可以通過對光波的空間頻率分量進行二次相位調制來實現物像 的放大、縮小或傅里葉變換。根據時空二元性原理，同樣可以通過控制輸入 色散、二次相位調制和輸出色散來實現光脈沖時域成像。當色散量和相位調 制量滿足時域成像條件時，便可實現光脈沖時域延展放大或時域傅里葉變換。 在此基礎之上產生了例如時頻轉換、波形發生與檢測、短脈沖生成、色散與 抖動補償、時域放大、時間斗篷等多種功能，被廣泛應用于超短脈沖實時測 量、光信號檢測和處理、光通信網絡等多個領域。自從時間透鏡概念提出以 來，其實現方式已由早期的電光相位調制向交叉相位調制、和頻、差頻和四 波混頻等非線性效應發展。國外科研人員利用硅波導中的四波混頻效應實現 二次相位調制，將微納波導技術與時域成像技術相結合，實現了硅基時間透 鏡，為片上規模的超快時域信號測量和處理提供了可能性。

目前，時域成像技術的研究從初始階段的理論分析、簡單設計向著綜合 化、小型化、多功能化不斷發展，各種新設計、新應用層出不窮，相關技術 被廣泛應用于超快時域光信號的檢測和處理的多種場合。但是，國內在時域 成像技術方面的研究仍與國外存在著不小的差距，還局限在傳統電光調制型 時間透鏡的理論和實驗研究階段。由于這種時間透鏡利用電信號對輸入光信 號進行相位調制，系統性能受限于電光調制器，且存在調制速率低，調制帶 寬小，設備結構復雜、穩定性較差等問題，極大地限制了其在高速光信號處 理各個方面的廣泛應用。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基于時域成像的皮秒光信號 處理裝置及處理方法，該裝置調制速率高。

本實用新型的技術方案是所提供的基于時域成像的皮秒光信號處理裝 置，其特殊之處在于：該裝置包括信號源、第一耦合器和第二耦合器，其中 第一耦合器的輸入端與信號源相連。在第一耦合器和第二耦合器之間有兩條 信號支路，其中第一信號支路上依次設置有第一光開關、第一色散介質、第 一電光相位調制器和第二色散介質，第二信號支路上依次設置有第二光開關、 第三色散介質、第二電光相位調制器和第四色散介質。前述第一光開關和第 二光開關均與第一耦合器的輸出端相連，第二色散介質和第四色散介質均與 第二耦合器的輸入端相連。前述第一電光相位調制器上連接有第一波形發生 器，第二電光相位調制器上連接有第二波形發生器，并且第一波形發生器和 第二波形發生器所提供的控制電信號大小相同，極性相反。前述第一色散介 質和第三色散介質的色散系數互為相反數，第二色散介質和第四色散介質的 色散系數互為相反數。

上述第二耦合器的輸出端依次連接有第五色散介質、光子晶體波導、帶 通濾波器、第七色散介質和示波器；泵浦激光器通過第六色散介質連接在第 五色散介質和光子晶體波導之間。第五色散介質、第六色散介質和第七色散 介質的色散系數滿足時域成像條件。

上述第一光開關和第二光開關為基于馬赫-澤德干涉儀的邏輯門式光開 關。

上述色散介質為線性啁啾光纖光柵，可有效減小裝置體積。

上述光子晶體波導采用空氣孔型三角晶格光子晶體平板。

上述泵浦激光器為皮秒級泵浦光源。

上述示波器可由光譜儀替代。

上述光子晶體波導可用高非線性光纖或硅波導替代。