[发明专利]基于时域成像的皮秒光信号处理装置及处理方法

说明书

技术领域

本发明属于超高速时域光信号处理技术领域，具体涉及一种皮秒光信号 处理装置及处理方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，人们对信息的需求量日益剧增，传统的电子 学通信技术已经越来越难以满足未来的需求。光通信技术以其高速率大容量 的特点，在现代通信网络中得到了广泛的应用，特别是全光通信网络可以直 接在光域进行信号处理，已成为未来通信网发展的主要方向。近年来，随着 光波时域调制技术的不断提高，超快光信号处理的发展趋势不仅局限于太赫 兹量级的信号带宽，还包括更为复杂的信号波形和更加高级的调制方式。传 统的傅里叶光学通过在空域中对光波进行调制，可以实现多种类型的信息处 理。光波的时空二元性原理，即光波空域衍射和脉冲时域色散过程在数学表 述上的相似性，使众多空域光信号处理技术可以运用在时域，产生了一些先 进有效的时域光信号处理方法，时域成像就是其中得到普遍关注和广泛应用 的一种典型。

空间透镜可以通过对光波的空间频率分量进行二次相位调制来实现物像 的放大、缩小或傅里叶变换。根据时空二元性原理，同样可以通过控制输入 色散、二次相位调制和输出色散来实现光脉冲时域成像。当色散量和相位调 制量满足时域成像条件时，便可实现光脉冲时域延展放大或时域傅里叶变换。 在此基础之上产生了例如时频转换、波形发生与检测、短脉冲生成、色散与 抖动补偿、时域放大、时间斗篷等多种功能，被广泛应用于超短脉冲实时测 量、光信号检测和处理、光通信网络等多个领域。自从时间透镜概念提出以 来，其实现方式已由早期的电光相位调制向交叉相位调制、和频、差频和四 波混频等非线性效应发展。国外科研人员利用硅波导中的四波混频效应实现 二次相位调制，将微纳波导技术与时域成像技术相结合，实现了硅基时间透 镜，为片上规模的超快时域信号测量和处理提供了可能性。

目前，时域成像技术的研究从初始阶段的理论分析、简单设计向着综合 化、小型化、多功能化不断发展，各种新设计、新应用层出不穷，相关技术 被广泛应用于超快时域光信号的检测和处理的多种场合。但是，国内在时域 成像技术方面的研究仍与国外存在着不小的差距，还局限在传统电光调制型 时间透镜的理论和实验研究阶段。由于这种时间透镜利用电信号对输入光信 号进行相位调制，系统性能受限于电光调制器，且存在调制速率低，调制带 宽小，设备结构复杂、稳定性较差等问题，极大地限制了其在高速光信号处 理各个方面的广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于时域成像的皮秒光信号处理 装置及处理方法，该装置调制速率高。

本发明的技术方案是所提供的基于时域成像的皮秒光信号处理装置，其 特殊之处在于：该装置包括信号源、第一耦合器和第二耦合器，其中第一耦 合器的输入端与信号源相连。在第一耦合器和第二耦合器之间有两条信号支 路，其中第一信号支路上依次设置有第一光开关、第一色散介质、第一电光 相位调制器和第二色散介质，第二信号支路上依次设置有第二光开关、第三 色散介质、第二电光相位调制器和第四色散介质。前述第一光开关和第二光 开关均与第一耦合器的输出端相连，第二色散介质和第四色散介质均与第二 耦合器的输入端相连。前述第一电光相位调制器上连接有第一波形发生器， 第二电光相位调制器上连接有第二波形发生器，并且第一波形发生器和第二 波形发生器所提供的控制电信号大小相同，极性相反。前述第一色散介质和 第三色散介质的色散系数互为相反数，第二色散介质和第四色散介质的色散 系数互为相反数。

上述第二耦合器的输出端依次连接有第五色散介质、光子晶体波导、带 通滤波器、第七色散介质和示波器；泵浦激光器通过第六色散介质连接在第 五色散介质和光子晶体波导之间。第五色散介质、第六色散介质和第七色散 介质的色散系数满足时域成像条件。

上述第一光开关和第二光开关为基于马赫-泽德干涉仪的逻辑门式光开 关。

上述色散介质为线性啁啾光纤光栅，可有效减小装置体积。

上述光子晶体波导采用空气孔型三角晶格光子晶体平板。

上述泵浦激光器为皮秒级泵浦光源。

上述示波器可由光谱仪替代。

上述光子晶体波导可用高非线性光纤或硅波导替代。

本发明还提供了一种基于上述时域成像的皮秒光信号处理装置的处理方 法，其特殊之处在于包括以下步骤：