CN110174806A - 一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统，包括2×2光耦合器、时间透镜成像放大子系统和带通滤波器，所述时间透镜成像放大子系统为M′＝2倍的时间透镜成像子系统，所述带通滤波器为中心通带的光滤波器，所述2×2光耦合器的一个端口输入信号脉冲，是整个系统的输入端口，一个端口用于输出放大之后的脉冲，与之相连的带通滤波器通过中心通带将输入的信号脉宽ΔT放大为M＝2N倍的输出光脉冲；所述2×2光耦合器的另外两个端口通过一个M′＝2的2倍时间透镜成像子系统相连成闭环。本发明利用一个放大倍数为M′＝2的时间透镜成像系统，通过循环方式实现了M＝2N倍的信号脉宽放大。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统，在一个放大倍数为M′＝2的时间透镜成像系统中，通过循环方式，获得M＝2N倍的脉宽放大。
背景技术
在高速信息处理过程中，经常需要把超短的光脉冲信号进行拉伸放大，才能被低速的设备所精确测量，时间透镜成像技术是降低光信号速率的一种有效技术手段。
时间透镜是指能够对光信号产生二次时间相移的一种光器件，光通信领域中的信号处理，首选利用四波混频(FWM)来实现时间透镜效应。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产生时间透镜效应的基本原理。
由输入段光纤(二阶色散量为φ″1＝β2sLs)、时间透镜(焦距色散为φ″f＝-φ″p/2＝-β2pLp/2)、输出段光纤(二阶色散量为φ″2＝β2iLi)三部分形成一个时间透镜成像系统。前后两段光纤的色散量分别为φ″1＝β2sLs，φ″2＝β2iLi，时间透镜的焦距色散完全由泵浦光所历经的色散来决定，φ″f＝-φ″p/2＝-β2pLp/2，β2s、β2i分别为两段光纤的二阶色散系数，β2p是泵浦光传输光纤的二阶色散系数；Ls、Li分别为前后两段光纤的长度，Lp是泵浦光历经色散展宽的光纤的长度。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。
发明内容
在现有时间透镜成像系统中，放大倍数M＝φ″2/φ″1，当M较大时，φ″2较大，输出光纤较长，导致整个放大系统庞大和复杂化。为了克服和解决系统庞大冗长的问题，本发明采用一种循环方式，利用M′＝2倍的时间透镜成像系统来实现M＝2N的放大倍数，使整个系统小型化和简洁化。尤其是，仅仅通过改变输出端的带通滤波器的中心频率，不需要改变系统其它参数，就可以获得理想的放大倍数，使操作大为简化。
为了解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：
一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统，所述系统包括2×2光耦合器、时间透镜成像放大子系统和带通滤波器，所述时间透镜成像放大子系统为M′＝2倍的时间透镜成像子系统，所述带通滤波器为中心通带的光滤波器，所述2×2光耦合器的一个端口输入信号脉冲，是整个系统的输入端口，一个端口用于输出放大之后的脉冲，与之相连的带通滤波器通过中心通带可以将放大倍数为M＝2N的光脉冲选择输出，所述2×2光耦合器的另外两个端口通过一个M′＝2的2倍时间透镜成像子系统相连成闭环。
本发明在一个放大倍数为M′＝2的时间透镜成像系统中，通过循环方式实现了M＝2N倍的信号脉宽放大。
进一步，所述时间透镜成像子系统由输入段光纤、时间透镜和输出段光纤三部分构成，所述输出段光纤的二阶色散量φ″2是输入段光纤的二阶色散量φ″1的两倍，即所述时间透镜成像子系统的放大倍数M＝φ″2/φ″1＝2，光信号每经过一次2倍时间透镜成像子系统，其脉宽增大为输入时的两倍，光信号在2倍时间透镜成像子系统中循环N次，其脉宽就放大为初始脉宽的2N倍。
再进一步，所述时间透镜成像子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性光纤中发生FWM来实现时间透镜效应。
或者是：由信号光与泵浦光在高非线性介质中发生FWM来实现时间透镜效应。
优选的，控制与耦合器输出端相连的带通滤波器的中心频率，使即可将放大倍数为M＝2N的光脉冲选择输出。
本发明的技术构思为：首先，输入脉冲宽度为ΔT，经过光耦合器之后进入2倍时间透镜成像放大子系统，脉冲宽度放大2倍，经过光耦合器多次循环实现光脉宽的2倍级数增长，耦合器输出端带通滤波器中心通带的设置与放大倍数M相关，只有放大倍数符合要求的光脉冲才能被滤波器选择输出。相对于输入信号宽度ΔT而言，输出信号的脉宽被放大了M＝2N倍。
总之，经过一个光耦合器，2倍时间透镜成像放大子系统，以及一个与放大倍数相关的带通滤波器，为实现光脉宽的2N倍放大提供一种全新的实现方案，大大缩短了高倍时间成像系统的光纤长度，而且在不需要更改时间成像系统参数的条件下，仅仅通过设置输出端口的带通滤波器的中心频率就可以实现M＝2N倍的光信号放大。
本发明的有益效果体现在：光脉冲经过光耦合器、2倍时间透镜成像子系统、的带通滤波器之后，可对脉宽为ΔT的输入信号放大M＝2N倍。该系统的优势尤其体现在缩小了高倍放大系统的光纤使用量，使系统小型化，同时，在不改变时间透镜成像系统参数的条件下，仅仅控制输出带通滤波器的中心频率，即可改变放大倍数。
附图说明
图1是本发明的系统构图，其中包括，光耦合器，2倍时间透镜成像放大子系统，带通光波器。
图2是2倍时间透镜成像子系统的结构图。
图3是间隔为7ps的一对光脉冲经过系统放大之后变成间隔为112ps(7*24)的输出光脉冲对，经过放大系统之后，光脉冲对间隔放大了M＝24倍，其中，(a)是放大前的输入光脉冲对，(b)是放大后的输出光脉冲对。
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。
参照图1～图3，一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统，所述系统包括2×2光耦合器、时间透镜成像放大子系统和带通滤波器，所述时间透镜成像放大子系统为M′＝2倍的时间透镜成像子系统，所述带通滤波器为中心通带的光滤波器，所述2×2光耦合器的一个端口输入信号脉冲，是整个系统的输入端口，一个端口用于输出放大之后的脉冲，与之相连的带通滤波器通过中心通带将放大倍数为M＝2N的光脉冲选择输出，耦合器的另外两个端口通过一个M′＝2倍的时间透镜成像子系统相连成闭环。
所述时间透镜成像子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性光纤中发生FWM来实现时间透镜效应。或者是：由信号光与泵浦光在高非线性介质中发生FWM来实现时间透镜效应。优选的，控制光耦合器输出端口的带通滤波器的中心频率，使即可获得M＝2N的放大的光信号输出。
参照图2，为满足的成像条件，2倍时间透镜成像子系统的参数选择为：β2s＝20ps2/km，Ls＝1km，β2i＝-20ps2/km，Li＝2km，β2p＝20ps2/km，Lp＝1km。此时，φ″2＝2φ″1，M＝2。
图3展示了间隔为7ps的一对光脉冲经过系统放大之后变成间隔为112ps(7*24)的输出光脉冲对。
如图1～图3，间隔为ΔT的光脉冲对经过系统变换之后，可输出间隔为2NΔT的放大光脉冲对，其中输出端口的带通滤波器直接控制了放大倍数M＝2N，可根据需要，仅仅更换输出端口的滤波器，而不需要更改时间透镜成像系统的其它参数，即可实现理想的放大倍数。
Claims (5)
1.一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统，其特征在于，所述系统包括2×2光耦合器、时间透镜成像放大子系统和带通滤波器，所述时间透镜成像放大子系统为M′＝2倍的时间透镜成像子系统，所述带通滤波器为中心通带的光滤波器，所述2×2光耦合器的一个端口输入信号，一个端口与中心通带的光滤波器相连，将输入信号放大M＝2N倍输出；所述2×2光耦合器的另外两个端口通过一个M′＝2倍的时间透镜成像子系统相连成闭环。
2.如权利要求1所述的一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统，其特征在于，所述时间透镜成像放大子系统由输入段光纤、时间透镜和输出段光纤三部分构成，所述输出段光纤的二阶色散量φ″2是输入段光纤的二阶色散量φ″1的两倍，即φ″2＝2φ″1；所述时间透镜成像子系统的放大倍数M′＝φ″2/φ″1＝2，光信号每经过一次2倍时间透镜成像子系统，其脉宽增大为输入时的两倍，光信号在2倍时间透镜成像子系统中循环N次，其脉宽就放大为初始脉宽的2N倍。
3.如权利要求1或2所述的一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统，其特征在于：所述时间透镜成像子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性光纤中发生FWM来实现时间透镜效应。
4.如权利要求1或2所述的一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统，其特征在于：所述时间透镜成像子系统中，由信号光与泵浦光在高非线性介质中发生FWM来实现时间透镜效应。
5.如权利要求1或2所述的一种基于时间透镜成像的2的n次幂倍光脉宽放大系统，其特征在于：所述带通滤波器中，设置输出端带通滤波器的中心通带即可输出放大M＝2N的光信号。
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