[发明专利]实时光学光谱-时间分析仪和方法

权利要求书

1.一种通用的光学信号分析装置，其使得能够利用光谱-时间分析来同时在时域和频域两者中针对非重复超快光学事件进行实时和单发分析，所述装置包括：

光纤抽头耦合器，以用于接收从连续波（CW）到超短脉冲的输入光学信号；

分光器，其将所述信号的一部分引导到频率通道，并且将一部分引导到时间通道；

所述时间通道中的高速光电二极管直接监测强度演变并且将其转换成电信号；

针对CW/准CW和短脉冲分量指定的两个子通道形成所述频率通道；

信号处理器，其分析来自所述时间通道和频率通道的频域和时域数据；以及

同时对时间和频谱演变的显示器，使得非重复动态事件的两个不同的信息片可以在不同的域中进行关联，

其中所述频率通道中的子通道是互补的，并且分别以单发的方式利用脉冲/时间拉伸（TS）光谱仪使超短脉冲分量可视化，并且利用CW/时间透镜（TL）光谱仪使CW/准CW分量可视化。

2.根据权利要求1所述的光学信号分析装置，其中所述输入光学信号可以来自任何光源，所述光源处于在通用的实时光学光谱-时间分析仪（ROSTA）的操作窗口内的波长下，即，对于短脉冲分量为1400-1700 nm，而对于CW/准CW分量为1538-1543 nm。

3.根据权利要求1所述的光学信号分析装置，其中所述光电二极管具有至少10 GHz的带宽，并且时间分辨率针对时域信息为数十ps。

4.根据权利要求1所述的光学信号分析装置，其中所述时间通道进一步包括多通道数字化仪，所述数字化仪以奈奎斯特速率并且在毫秒范围内的时间记录的情况下对来自所述光电二极管的电信号进行采样。

5.根据权利要求4所述的光学信号分析装置，其中来自所述多通道数字化仪的电信号的数据速率为40 GS/s，并且时间分辨率为约50 ps。

6.根据权利要求1所述的光学信号分析装置，其中，在所述脉冲/TS光谱仪中，所述光学信号由大的群速色散（GVD）介质线性地进行线性调频，使得不同的波长分量以不同的群速度传播，从而针对超短脉冲实行频率到时间的映射。

7.根据权利要求6所述的光学信号分析装置，其中所述脉冲/TS光谱仪中的频谱信息还由高速光电检测器来检测。

8.根据权利要求6所述的光学信号分析装置，其中所述脉冲/TS光谱仪的频谱分辨率在很大程度上由所述GVD介质的色散量来确定，其中所述色散介质是色散光纤和线性调频的光纤布拉格光栅（CFBG）中的一个。

9.根据权利要求1所述的光学信号分析装置，其中所述CW/TL光谱仪是时间成像系统，其通过结合时间二次相位调制和色散以及时间成像中的一个来使得能够通过时间聚焦进行超快频谱分析。

10.根据权利要求9所述的光学信号分析装置，其中所述CW/TL光谱仪将不同的光学频率分量聚焦成具有不同的时间延迟的短脉冲，从而针对CW/准CW分量实现频率到时间的映射。

11.根据权利要求1所述的光学信号分析装置，其中所述CW/TL光谱仪包括二次相位调制设备，所述二次相位调制设备接收输入CW/准CW信号并且对所述输入信号实行四波混频（FWM1），所述二次相位调制设备的输出被应用到实行第二个四波混频（FWM2）的相位共轭设备，并且所述相位共轭设备的输出被应用到GVD介质以形成变换限制输出。

12.根据权利要求11所述的光学信号分析装置，其中所述二次相位调制设备包括波分复用（WDM）电路，所述WDM电路将所述输入信号与来自扫频泵的信号进行混合，所述WDM电路的输出通过高度非线性的色散移位光纤HNL-DSF1被传递到光学耦合器（OC），以形成所述二次相位调制设备的输出。