[发明专利]一种多模光脉冲簇时空光谱信息高速测量的方法及装置

说明书

本发明涉及一种多模光脉冲簇时空光谱信息高速测量的方法及装置，所述方法包括如下步骤：利用模式解复用器将多模光脉冲簇中不同光纤模式的光成分转化为光纤基模并分解到不同的单模光纤中；利用可调衰减器对每路单模光纤中的光进行适当的衰减；利用光纤延迟线和耦合器将光耦合到一根单模光纤中，并将空间模式信息映射到时域上；利用色散光纤将光谱的信息映射到时域上，并利用高速光电探测系统进行探测，从而实现对每个模式光谱信息的高速测量。本发明可用于多模光纤超快激光系统中瞬时脉冲非线性效应的研究。

技术领域

本发明属于超快光子学领域，具体涉及对多模光纤系统中超快光脉冲时空光谱特性的高速测试方法。

背景技术

色散傅里叶变换(Dispersive Fourier transformation，DFT)技术是一种对超快光脉冲簇的光谱进行实时高速的测量方法。该技术是通过引入大群速度色散，将超短光脉冲簇的光谱信息映射到时域上，并通过高速单点光电探测器和高速实时示波器对其光谱信息进行探测。色散傅里叶变换技术对非线性科学研究和高速成像等领域的发展起到了重要的推动作用。在非线性科学研究方面，利用色散傅里叶变换技术可以突破其它光电探测技术对探测速度和带宽的限制，实现对超连续光谱产生、锁模光纤激光器等系统中复杂非线性过程中，逐个光脉冲的光谱特性进行测量，这不仅可以对这些复杂非线性系统中的各种混沌现象，如孤子爆炸、类噪声脉冲产生、光奇异波(Rogue Wave)产生等现象深入的研究，还为利用光纤非线性系统模拟海洋流体力学、生物学、社会学中更加复杂的非线性系统提供了条件，具有重要的科学意义。在高速光探测方面，利用色散傅里叶变换技术可以将被探测物的光谱信息转化到时域上，实现对稀有事件的捕捉和探测。

模分复用技术(Mode-Division Multiplexing,MDM)是为应对光纤通信系统传输容量快速提升的需求而发展起来的复用技术，该技术作为光纤空分复用(Space-DivisionMultiplexing,SDM)的一种形式，引入光纤的空间维度，通过对模式的复用/解复用等技术将多模光纤中的高阶线偏振模式或轨道角动量模式作为独立的信道进行信息传输。

模分复用技术的发展推动了多模光纤在非线性光纤光学中的应用。多模光纤为光纤非线性光学带来了新维度、新机制、新现象。在维度上，多模光纤将单模光纤中的时间维度扩展到时间-空间维度。在机制上，多模光纤除了具有单模光纤的各种非线性效应外，还具有模式之间的时空调制不稳、非线性能量耦合以及孤子的碰撞与捕获等新机制。多模光纤复杂的线性响应和新的模间非线性机制相结合，为其带来了丰富的非线性现象和应用，同时也为以具有时空维度的多模光纤为平台，模拟从流体力学、社会活动到星系形成等复杂非线性过程提供了条件。

然而受探测技术的限制，目前在多模光纤中观察到的各种非线性效应的物理机制还没有得到很好的解释，从而也限制了其应用领域。因此急需开发一种可以在时空维度上对多模光脉冲簇的特性进行高速探测的方法和装置。

发明内容

本发明的目的是结合模分复用技术和色散傅里叶变换技术，提出一种多模光脉冲簇时空光谱信息高速测量的方法及装置，实现对多模光纤脉冲传输过程中光谱信息的高速测量。

依据本发明的第一方面，提供一种多模光脉冲簇时空光谱信息高速测量的方法。该测量方法的特征在于，包括以下步骤：

S1.利用模式解复用器将多模光脉冲簇中不同光纤模式的光成分转化为光纤基模并分解到不同的单模光纤中；

S2.利用可调衰减器对单模光纤中的光进行适当的衰减，以减小非线性效应对测试精度的影响；

S3.利用光纤延迟线调整不同单模光纤中传播的光的时延，然后利用光耦合器将其耦合到同一根单模光纤中，由于原来在不同空间模式上的光成分在单模光纤中具有不同的时延，从而实现将空间信息映射到时域上；