CN105739214B - 一种时间透镜成像系统 - Google Patents

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Abstract

一种时间透镜成像系统，包括输入段色散光纤、时间透镜、输出段色散光纤三个部分。输入段色散光纤的二阶色散量为φ″1，时间透镜的焦距色散为φ″f，输出段色散光纤的二阶色散量为φ″2。输入段色散光纤长度Ls大于门限值Lth，Lth＝10L2D，是输入段光纤的二阶色散长度，T0是信号光的初始脉冲宽度，β2s是输入段光纤的二阶色散系数。成像系统中的时间透镜由信号光与泵浦光在高非线性介质中的四波混频效应来实现。当Ls＞Lth时，信号光在输入段光纤中获得充分的色散展宽之后，在时间透镜之中才能更好地与泵浦光发生四波混频作用，从而改善成像系统输出信号的分辨率，提高成像精度。

Description

一种时间透镜成像系统
(一)技术领域
本发明涉及一种时间透镜成像系统。
(二)背景技术
时间透镜是指能够对光信号产生二次时间相移的光器件。光电相位调制器可以形成时间透镜，但产生的二次相位比较小，只有几个π；交叉相位调制、和/差频也可形成时间透镜，但要求泵浦光的功率必须非常高。相比之下，利用四波混频(FWM)效应实现时间透镜，不需要很高的输入功率，而且能够获得较大的相位调制。此外，在FWM过程中，信号光和产生的闲置光波长非常接近，这在光通信领域内是非常有用的，因为发射和接受可以采用相同或相近的光电器件，大大节省了系统成本。因此，在光通信领域中的信号处理方面，首选利用FWM效应来实现时间透镜。电场幅度分别为Es(t)和Ep(t)的信号光与泵浦光发生FWM作用，产生的闲置波电场幅度闲置光Eidler相对于输入的信号光Es而言引入了二次相移，这是FWM效应产生时间透镜效果的基本原理。
由输入段光纤(二阶色散量为φ″1)、时间透镜(焦距色散为φ″f)、输出段光纤(二阶色散量为φ″2)三部分形成一个时间透镜成像系统。两段光纤的色散量分别为φ″1＝β2sLs，φ″2＝β2iLi。β2s、β2i分别为两段光纤的二阶色散系数，Ls、Li分别为两段光纤的长度。当两段光纤的二阶色散量φ″1、φ″2与时间透镜的焦距色散φ″f之间满足成像条件时，就可以实现对输入光信号的放大或压缩，其中放大倍数M＝φ″2/φ″1。获得确定的放大倍数M，不仅仅要保证φ″2/φ″1＝M，同时也要满足成像条件。从经典的成像公式不难发现，当φ″1、φ″2和φ″f同时改变若干倍数时，成像条件仍旧满足，即当φ″1、φ″2和φ″f三个色散量同步变化时，成像的结果应该都是一样的。但经过仔细的研究发现，事实情况并不完全如此，信号在输入段光纤中获得的二阶色散量的大小影响到输出信号的准确位置，即影响到成像系统的分辨率。如何通过选择成像系统参数，有效提高成像的分辨率，是一个值得研究的问题。
(三)发明内容
本发明要克服现有技术的上述缺点，提出了一种可以提高分辨率的时间透镜成像系统，以获得高质量的输出信号。
本发明采用的技术方案是：
一种时间透镜成像系统，所述成像系统由输入段光纤(二阶色散量φ″1＝β2sLs)、时间透镜(焦距色散为φ″f)、输出段光纤(二阶色散量为φ″2＝β2iLi)三部分组成，β2为各段光纤的二阶色散系数，L为各段光纤的长度。在设置系统时，对于选定的光纤类型而言，它的二阶色散系数β2是不变的，要改变各段光纤的二阶色散量φ″，就相当于要改变光纤的长度L。本发明特征在于：使输入段色散光纤长度Ls大于门限值Lth，Lth＝10L2D，是输入段光纤的二阶色散长度，T0是信号光的初始脉冲宽度，β2s是输入段光纤的二阶色散系数，二阶色散长度L2D是用来表征光纤中色散程度的一个度量。当Ls＞Lth时，信号光在输入段光纤中获得充分的色散展宽之后，在时间透镜之中才能更好地与泵浦光发生四波混频并获得足够大的相位转移，从而改善成像系统输出信号的分辨率，提高成像精度。相反，即使满足成像条件但如果输入段光纤不够长时，信号光无法得到充分的色散展宽，不能通过时间透镜获得足够大的相移量，这样输出的光信号就会偏离由理论公式M＝φ″2/φ″1所决定的理想位置，成像系统的分辨率受到一定程度的影响。
所述成像系统的时间透镜由信号光与泵浦光在高非线性光纤中发生FWM效应来实现。
进一步，所述成像系统的时间透镜由信号光与泵浦光在高非线性硅介质波导中的FWM效应来实现。
本发明的有益效果体现在：通过选择较长的输入段色散光纤，使信号光获得充分的色散展宽和足够大的相位转移，提高了成像系统的分辨率和成像精度。
(四)附图说明
图1是本发明的系统构图。图1中，1-输入段光纤，2-时间透镜，3-输出段光纤。
图2a是时间透镜成像系统的输入光脉冲对波形图；图2b是时间透镜成像系统的输出光脉冲对波形图；
选择较长的输入段光纤(Ls＞10L2D)时，一对脉宽为1ps、间距为8ps的光脉冲对在成像系统中的输入、输出波形，输出信号脉宽相对于输入信号的脉宽放大了M＝30倍。
图3是放大倍数与理论值的偏差随输入段光纤长度的变化曲线。
在满足的成像条件之下，成像系统参数为：T0＝1ps,β2s＝20ps2/km，β2i＝-20ps2/km，L2s和L2i的长度则要视不同的放大倍数M分别进行选择。在这样的系数参数条件之下，L2D＝0.05km。如图3所示，当Ls从0.125km～1.5km之间变化时，测量成像系统输出光脉冲对间距的放大倍数M与理想间距M0＝φ″2/φ″1＝β2iLi/β2sLs＝-Li/Ls的偏差δM＝M-M0。在M0＝10,20,30三种不同的放大倍数之下，得到完全相同的变化局势，即只有当Ls＞10L2D＝0.5km时，成像系统的分辨率较高，放大倍数非常接近理论值。相反，当Ls＜10L2D时，实际系统的放大倍数与理论值偏差较大，成像系统的分辨率较低。可见，在实际的成像系统中，要获得高的分辨率与成像精度，必须要求输入段光纤达到阈值长度，即大于信号光二阶色散长度的十倍以上，这一条件作为一个重要补充，与成像系统公式以及M＝φ″2/φ″1共同构成时间透镜成像系统成清晰像的三个必要条件。
(五)具体实施方式
下面结合附图通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例一：
参照图1-3，一种时间透镜成像系统，包括输入段光纤1，时间透镜2，输出段光纤3，所述时间透镜2由信号光和泵浦光在高非线性光纤中发生FWM来实现。当输入段光纤1大于输入信号光的二阶色散长度十倍以上时，能明显提高成像系统的分辨率。
实施例二
参照图1-3，一种时间透镜成像系统，包括输入段光纤1，时间透镜2，输出段光纤3，所述时间透镜2由信号光和泵浦光在高非线性硅波导中发生FWM来实现。当输入段光纤1大于输入信号光的二阶色散长度十倍以上时，能明显提高成像系统的分辨率。

Claims (3)

1.一种时间透镜成像系统，包括输入段色散光纤、时间透镜、输出段色散光纤，其中，输入段色散光纤的二阶色散量为φ″1，时间透镜的焦距色散为φ″f，输出段色散光纤的二阶色散量为φ″2；其特征在于：使输入段色散光纤长度Ls大于门限值Lth，Lth＝10L2D，是输入段光纤的二阶色散长度，T0是信号光的初始脉冲宽度，β2s是输入段光纤的二阶色散系数。
2.如权利要求1所述的时间透镜成像系统，其特征在于：由信号光与泵浦光在高非线性光纤中发生四波混频效应来实现时间透镜。
3.如权利要求1所述的时间透镜成像系统，其特征在于：由信号光与泵浦光在高非线性硅波导介质中发生四波混频效应来实现时间透镜。
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