[發明專利]實時光學光譜-時間分析儀和方法

有效

• 申請號: 201780091118.1
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN110832295B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 黃建業;韋小明;李博聞;于瀛;張馳
• 申請（專利權）人: 香港大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張健;陳嵐

1.一種通用的光學信號分析裝置，其使得能夠利用光譜-時間分析來同時在時域和頻域兩者中針對非重復超快光學事件進行實時和單發分析，所述裝置包括：

光纖抽頭耦合器，以用于接收從連續波（CW）到超短脈沖的輸入光學信號；

分光器，其將所述信號的一部分引導到頻率通道，并且將一部分引導到時間通道；

所述時間通道中的高速光電二極管直接監測強度演變并且將其轉換成電信號；

針對CW/準CW和短脈沖分量指定的兩個子通道形成所述頻率通道；

信號處理器，其分析來自所述時間通道和頻率通道的頻域和時域數據；以及

同時對時間和頻譜演變的顯示器，使得非重復動態事件的兩個不同的信息片可以在不同的域中進行關聯，

其中所述頻率通道中的子通道是互補的，并且分別以單發的方式利用脈沖/時間拉伸（TS）光譜儀使超短脈沖分量可視化，并且利用CW/時間透鏡（TL）光譜儀使CW/準CW分量可視化。

2.根據權利要求1所述的光學信號分析裝置，其中所述輸入光學信號可以來自任何光源，所述光源處于在通用的實時光學光譜-時間分析儀（ROSTA）的操作窗口內的波長下，即，對于短脈沖分量為1400-1700 nm，而對于CW/準CW分量為1538-1543 nm。

3.根據權利要求1所述的光學信號分析裝置，其中所述光電二極管具有至少10 GHz的帶寬，并且時間分辨率針對時域信息為數十ps。

4.根據權利要求1所述的光學信號分析裝置，其中所述時間通道進一步包括多通道數字化儀，所述數字化儀以奈奎斯特速率并且在毫秒范圍內的時間記錄的情況下對來自所述光電二極管的電信號進行采樣。

5.根據權利要求4所述的光學信號分析裝置，其中來自所述多通道數字化儀的電信號的數據速率為40 GS/s，并且時間分辨率為約50 ps。

6.根據權利要求1所述的光學信號分析裝置，其中，在所述脈沖/TS光譜儀中，所述光學信號由大的群速色散（GVD）介質線性地進行線性調頻，使得不同的波長分量以不同的群速度傳播，從而針對超短脈沖實行頻率到時間的映射。

7.根據權利要求6所述的光學信號分析裝置，其中所述脈沖/TS光譜儀中的頻譜信息還由高速光電檢測器來檢測。

8.根據權利要求6所述的光學信號分析裝置，其中所述脈沖/TS光譜儀的頻譜分辨率在很大程度上由所述GVD介質的色散量來確定，其中所述色散介質是色散光纖和線性調頻的光纖布拉格光柵（CFBG）中的一個。

9.根據權利要求1所述的光學信號分析裝置，其中所述CW/TL光譜儀是時間成像系統，其通過結合時間二次相位調制和色散以及時間成像中的一個來使得能夠通過時間聚焦進行超快頻譜分析。

10.根據權利要求9所述的光學信號分析裝置，其中所述CW/TL光譜儀將不同的光學頻率分量聚焦成具有不同的時間延遲的短脈沖，從而針對CW/準CW分量實現頻率到時間的映射。

11.根據權利要求1所述的光學信號分析裝置，其中所述CW/TL光譜儀包括二次相位調制設備，所述二次相位調制設備接收輸入CW/準CW信號并且對所述輸入信號實行四波混頻（FWM1），所述二次相位調制設備的輸出被應用到實行第二個四波混頻（FWM2）的相位共軛設備，并且所述相位共軛設備的輸出被應用到GVD介質以形成變換限制輸出。

12.根據權利要求11所述的光學信號分析裝置，其中所述二次相位調制設備包括波分復用（WDM）電路，所述WDM電路將所述輸入信號與來自掃頻泵的信號進行混合，所述WDM電路的輸出通過高度非線性的色散移位光纖HNL-DSF1被傳遞到光學耦合器（OC），以形成所述二次相位調制設備的輸出。