CN108398843B - 一种时间透镜成像系统 - Google Patents

Abstract

一种时间透镜成像系统，包括输入段光纤、时间透镜和输出段光纤，系统成像是基于二阶色散量之间满足匹配关系在设置系统参数时，首先通过选择光纤长度及二阶色散系数，使其满足上述成像条件，此时输出信号的放大倍数为M＝φ″₂/φ″₁；输出和输入段光纤的三阶色散系数符号相反，输出段光纤采用强三阶色散对输入段光纤的三阶色散效应进行补偿，输出、输入两段光纤的三阶色散量之比大于放大倍数。本发明通过输出段光纤采取强三阶色散系数对输入段进行有效补偿，避免输出信号发生畸变，可以大幅度提高时间透镜成像系统的分辨率。

Description

一种时间透镜成像系统

技术领域

本发明涉及一种时间透镜成像系统。

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E_s(t)和E_p(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E_idler相对于输入的信号光E_s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、三阶色散量为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＝β_2sL_s，φ″′₁＝β_3sL_s；φ″₂＝β_2iL_i，φ″′₂＝β_3iL_i。β_2s、β_2i分别为两段光纤的二阶色散系数，β_3s、β_3i分别为两段光纤的三阶色散系数，L_s、L_i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是由两段光纤的二阶色散量决定的。但是，随着系统的速率变高，信号变短，光纤的三阶色散将会产生明显的作用，它会导致光脉冲产生尾部振荡和中心偏移，这将严重降低了时间透镜成像系统的输出精度。如何对两段光纤的高阶色散进行有效匹配和补偿，提高成像系统的分辨率，是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明要克服现有时间透镜成像系统或忽略三阶色散影响，或简单采取三阶色散量之比等于二阶色散量之比，即等于放大倍数而造成高速成像系统分辨率较低的不足，本发明提出了一种三阶色散强补偿的高速时间透镜成像系统。

本发明采用的技术方案是：

一种时间透镜成像系统，所述成像系统包括输入段光纤、时间透镜和输出段光纤，所述输入段光纤的二阶色散量φ″₁＝β_2sL_s，三阶色散量φ″′₁＝β_3sL_s，时间透镜的焦距色散为φ″_f，输出段光纤的二阶色散量为φ″₂＝β_2iL_i，三阶色散量φ″′₂＝β_3iL_i；β_2s、β_2i为输入和输出段光纤的二阶色散系数，β_3s、β_3i为输入和输出段光纤的三阶色散系数，L_s、L_i为输入和输出段光纤的长度；系统成像是基于二阶色散量之间满足匹配关系在设置系统参数时，首先通过选择光纤长度及二阶色散系数，使其满足上述成像条件，此时输出信号的放大倍数为M＝φ″₂/φ″₁；输出段和输入段光纤的三阶色散系数符号相反，输出段光纤采用强三阶色散系数对输入段光纤的三阶色散效应进行补偿，输出、输入两段光纤的三阶色散量之比大于放大倍数。

进一步，所述输出、输入两段光纤的三阶色散量之比为放大倍数的N倍，N取值范围为80≤N≤220。对于一个时间透镜成像系统，N可以取该取值范围内的其中一个数值。

优选的，所述输出、输入两段光纤的三阶色散量之比为放大倍数的200倍，即M′＝φ″′₂/φ″′₁，M′＝200M。

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光纤中发生FWM效应来实现。

或者是，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。

本发明的技术构思为：输入段光纤的三阶色散导致信号光产生尾部振荡或脉冲中心发生偏移，这种损害作用传递到时间透镜部分时，由于信号光与泵浦光在这里发生四波混频作用，进一步放大和增强了输入段光纤三阶色散的损害作用。相反，输出段光纤的三阶色散引起的畸变效应则没有经过时间透镜的放大与增强，相比而言，输出段光纤的三阶色散作用要远远小于输入段的影响，因此在进行三阶色散效应补偿的时候，输出段光纤必须采取强的三阶色散系数才能与输入段完全相平衡。

本发明的有益效果体现在：输出段光纤选择强三阶色散系数对输入段的三阶色散效应进行有效补偿，使信号光在获得理想的放大倍数的同时，不会发生光信号畸变，提高了成像系统的分辨率和成像精度。

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2是光脉冲对经过时间透镜成像系统之后被放大M＝15倍的波形图。

图3是时间透镜成像系统放大倍数M＝φ″₂/φ″₁在50～150倍之间变化时，无畸变输出所需要的三阶色散量匹配M′＝φ″′₂/φ″′₁。由图可知，M′＝200M，这是高速时间透镜成像系统实现无畸变输出的必要条件。可见，在实际的高速成像系统中，要获得高的分辨率与成像精度，两段光纤的三阶色散量之比等于二阶色散量的比值是远远不够的，显然M′＞M，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共同构成了所构造的时间透镜成像系统成清晰像的三个必要条件。

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1

参照图1-图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，所述输入段光纤的二阶色散量φ″₁＝β_2sL_s，三阶色散量φ″′₁＝β_3sL_s，时间透镜的焦距色散为φ″_f，输出段光纤的二阶色散量为φ″₂＝β_2iL_i，三阶色散量φ″′₂＝β_3iL_i；β_2s、β_2i为输入段光纤和输出端的二阶色散系数，β_3s、β_3i为输入、输出段光纤的三阶色散系数，L_s、L_i为输入和输出段光纤的长度；系统成像是基于二阶色散量之间满足匹配关系在设置系统参数时，首先通过选择光纤长度及二阶色散系数，使其满足上述成像条件，此时输出信号的放大倍数为M＝φ″₂/φ″₁；对两段光纤的三阶色散效应进行补偿，输出和输入段光纤的三阶色散系数符号相反，输出段光纤采用强三阶色散对输入段光纤的三阶色散效应进行补偿，输出、输入两段光纤的三阶色散量之比大于放大倍数。

进一步，所述输出、输入两段光纤的三阶色散量之比为放大倍数的N倍，N取值范围为80≤N≤220。对于一个时间透镜成像系统，N可以取该取值范围内的其中一个数值。

优选的，所述输出、输入两段光纤的三阶色散量之比为放大倍数的200倍，即M′＝φ″′₂/φ″′₁，M′＝200M。

光信号变短时，三阶色散作为一种损害效应其作用是非常明显的，它会导致系统输出信号的畸变，本实施例的方法是对两段光纤的三阶色散效应进行相应补偿。

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。对两段光纤进行三阶色散补偿，当M′＝200M时，能实现信号的无畸变输出，明显提高成像系统的分辨率。

实施例2

参照图1-图3，本实施例的时间透镜2由信号光和泵浦光在高非线性硅波导中发生FWM来实现。对两段光纤进行三阶色散补偿，并且当M′＝200M时，能实现信号的无畸变输出，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，所述成像系统包括输入段光纤、时间透镜和输出段光纤，所述输入段光纤的二阶色散量φ″₁＝β_2sL_s，三阶色散量φ″′₁＝β_3sL_s，时间透镜的焦距色散为φ″_f，输出段光纤的二阶色散量为φ″₂＝β_2iL_i，三阶色散量φ″′₂＝β_3iL_i；β_2s、β_2i为输入和输出段光纤的二阶色散系数，β_3s、β_3i为输入和输出段光纤的三阶色散系数，L_s、L_i为输入和输出段光纤的长度；系统成像是基于二阶色散量之间满足匹配关系在设置系统参数时，首先通过选择光纤长度及二阶色散系数，使其满足上述成像条件，此时输出信号的放大倍数为M＝φ″₂/φ″₁；其特征在于：输出和输入段光纤的三阶色散系数符号相反，输出段光纤采用强三阶色散对输入段光纤的三阶色散效应进行补偿，输出、输入两段光纤的三阶色散量之比大于放大倍数；所述成像系统的时间透镜由信号光与泵浦光发生FWM效应来实现。

2.如权利要求1所述的一种时间透镜成像系统，其特征在于：所述输出、输入两段光纤的三阶色散量之比为放大倍数的N倍，N取值范围为80≤N≤220。

3.如权利要求2所述的一种时间透镜成像系统，其特征在于：所述输出、输入两段光纤的三阶色散量之比为放大倍数的200倍，即M′＝φ″′₂/φ″′₁，M′＝200M。