CN113131315A - 一种光脉冲展宽方法 - Google Patents

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范志强
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    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
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Abstract

本发明属于光脉冲信号处理领域，尤其涉及一种光脉冲展宽方法，拟解决窄线宽光谱光脉冲展宽的问题，提出以下解决方案：将光脉冲通过多级光路均匀延时和比例反射/透射，然后多路反射的光脉冲信号合并实现光脉冲展宽，再利用光电探测器模块进行包络探测得到电脉冲信号。光脉冲通过传输进入具有特定反射率的透反镜，相邻透反镜间的距离相等，对应的延时也相等，光脉冲在每一次被反射后传输相同的距离进入光耦合模块，多路光脉冲经过耦合后在时域上排列组合实现了光脉冲展宽，再通过光电探测模块得到电脉冲信号。该方法同样适用宽光谱脉冲信号的展宽。

Description

一种光脉冲展宽方法
技术领域
本发明属于光脉冲信号处理领域，尤其涉及一种光脉冲展宽方法。
背景技术
光脉冲处理技术在光信号处理、光传感网络、全光网络等领域应用非常广泛，而光脉冲展宽技术是光脉冲处理技术的一个重要内容，其能够降低脉冲频率，被低频带光电探测器接收处理。目前，采用较多的光脉冲展宽方法有以下两种方法：
1.采用光纤群速度色散，光脉冲不同波长分量的群速度不同，从而在时域上形成不同的传输延时，最终使光脉冲展宽。光脉冲展宽量由光脉冲的光谱宽度、光纤色散系数和长度决定，若光谱宽度为10nm，色散系数为16ps/nm.km，则采用2km的色散光纤就可以实现320ps的光脉冲展宽。该方法的优点是展宽范围大，能够较容易获得大展宽量的光脉冲。缺点是采用色散展宽会降低光脉冲功率，造成信号损伤，且较长的光纤会有附加损耗，还有光谱宽度决定了展宽能力。
2.采用啁啾光纤光栅，同样对光脉冲不同波长分量的光信号通过啁啾光纤光栅，将在时域上形成不同的传输延时，最终光脉冲被展宽。光脉冲展宽由光脉冲的光谱宽度、啁啾光纤光栅的色散系数和长度决定。该方法的优点是啁啾光纤光栅具有体积小，损耗低，偏振不敏感等特点。缺点是很难实现较大的脉冲展宽。
宽谱光源为多纵模输出，各模式之间存在竞争关系，会造成光脉冲的顶部幅度抖动；而采用窄线宽激光器代替宽谱光源可以解决各模式之间的竞争关系对光脉冲的影响；但是其产生的光脉冲为窄线宽光谱光脉冲，无法通过上述两种方式进行展宽，因此本发明基于光脉冲展宽技术，提出一种窄线宽光谱光脉冲展宽方法，拟解决窄线宽光脉冲无法被上述两种方式展宽的问题，同时也适用于宽光谱光脉冲信号的展宽。
发明内容
本发明提供了一种光脉冲展宽方法，拟解决现有技术中提到了窄线宽光脉冲展宽的问题，同时也适用于宽光谱光脉冲信号的展宽。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光脉冲展宽方法，将光脉冲通过多级光路均匀延时和比例反射/透射，然后多路光脉冲信号合并实现光脉冲展宽，再利用光电探测器模块进行包络探测得到电脉冲信号。具体步骤如下：
步骤1：脉宽为Δt的光脉冲入射到具有特定反射率/透射率的透反镜，反射光进入光耦合模块，透射光延时Δτ后进入下一级；
所述光脉冲经过n个透反镜，每个透反镜的反射率为Rn，透射率为Tn＝1-Rn，使每次反射的光脉冲功率均相等；
相邻两个所述透反镜之间的距离相等，对应的延时量为Δτ；
步骤2：每次反射的所述光脉冲传输相同的距离后进入光耦合模块进行耦合，多路光脉冲信号合并实现光脉冲展宽输出；
步骤3：光电探测器模块进行包络探测得到展宽后的电脉冲信号。
本发明所述的光脉冲可以是宽谱，也可以是窄线宽光谱，根据光脉冲的宽度透反镜间的延时距离和透反镜的个数来控制光脉冲的展宽宽度。
优选的，所述步骤1中采用光学镀膜技术控制透反镜的反射率和透射率。
优选的，所述步骤1中透反镜反射率的计算公式如下：Rn＝R1/(1-(n-1)R1)，其中第一个透反镜的反射率为R1＝1/n，所述n为大于1的整数；从而保证每一次反射后的光脉冲功率相等；
优选的，所述步骤1中延时量的计算公式如下：Δτ＝d/c，d为光脉冲传输的距离；c表示光的速度。
优选的，所述步骤3中脉冲展宽宽度等于Δt+Δτ×n。
与现有技术相比本发明的有益效果是：本发明所述的光脉冲通过空间传输进入具有特定反射率/透射率的透反镜，相邻透反镜镜面间的距离相等，对应的延时也相等，光脉冲在每一次被反射后传输相同的距离进入光耦合模块，多路光脉冲经过耦合合并实现光脉冲展宽，进一步通过光电探测器模块进行包络探测得到电脉冲信号。
附图说明
图1为本发明的框架示意图；
图2为本发明的实施例框架示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1，本发明的最优实施例如下所述：一种光脉冲展宽方法，将光脉冲通过多级光路均匀延时和比例反射/透射，然后多路光脉冲信号合并实现光脉冲展宽，再利用光电探测器模块进行包络探测得到电脉冲信号。具体步骤如下：
步骤1：脉宽为Δt的光脉冲入射到具有特定反射率/透射率的透反镜，反射光进入光耦合模块，透射光延时Δτ后进入下一级；
通过采用光学镀膜技术控制透反镜镜面的反射率和透射率；
所述光脉冲经过n个透反镜，每个透反镜的反射率为Rn，透射率为Tn＝1-Rn，使每次反射的光脉冲功率均相等；透反镜反射率的计算公式如下：Rn＝R1/(1-(n-1)R1)，其中第一个透反镜的反射率为R1＝1/n，所述n为大于1的整数；从而保证每一次反射的光脉冲功率相等；
相邻两个所述透反镜之间的距离相等，对应的延时量为Δτ，光脉冲每经过一个透反镜，功率都会降低；延时量的计算公式如下：Δτ＝d/c，d为光脉冲传输的距离；c表示光的速度。
步骤2：每次反射的所述光脉冲传输相同的距离后进入光耦合模块进行耦合，多路光脉冲信号合并实现光脉冲展宽输出；
步骤3：光电探测器模块进行包络探测得到展宽后的电脉冲信号；脉冲展宽宽度等于Δt+Δτ×n。
本发明所述的光脉冲可以是宽谱，也可以是窄线宽光谱，根据光脉冲的宽度，光学薄膜间的距离的延时距离和光学薄膜的个数来控制光脉冲的宽度。
参见附图2，本发明通过举例说明，以便于本领域技术人员能够充分理解本发明，举例如下：
对应上述步骤1：脉宽为10ps的光脉冲入射到10个具有特定反射率/透射率的透反镜，反射光进入光耦合模块，每次反射后的光脉冲功率为最开始的10％；
相邻透反镜之间距离为3mm，对应的延时为10ps，光脉冲每透射过一个透反镜，功率都会降低，直到进入最后一个透反镜时，剩余的光脉冲被全部反射，每个透反镜镜面的反射率和透射率如下表所示；
Figure BDA0003028000300000031
Figure BDA0003028000300000041
对应上述步骤2：每一次反射的光脉冲经过等距离传输进入光耦合模块，多路光脉冲在时域上排列形成一个展宽包络，实现光脉冲展宽；
对应上述步骤3：所述脉冲序列经过光电探测器模块后最终形成一个包络被展宽的脉冲信号，脉冲宽度为10+10×10＝110ps。
如图2所示，光脉冲对应光谱为窄线宽光谱，线宽为0.1nm，光脉冲的脉冲宽度为10ps。
采用10个透反镜，通过光学镀膜技术，在透反镜镜面上镀膜使第一个透反镜的反射率为10％，光脉冲每经过这个镜面，会有10％的脉冲功率被反射，后续的透反镜镜面反射率根据公式进行计算，保证每次反射后进入光耦合模块的光脉冲功率相等。
结合图1和图2可知，本发明的光耦合模块采用光纤耦合器；光电探测器模块采用半导体光电二极管；所述透反镜采用镀光学薄膜实现。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种光脉冲展宽方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：脉宽为Δt的光脉冲入射到具有特定反射率/透射率的透反镜，反射光进入光耦合模块，透射光延时Δτ后进入下一级；
所述光脉冲经过n个透反镜，每个透反镜的反射率为Rn，透射率为Tn＝1-Rn，使每次反射的光脉冲功率均相等；
相邻两个所述透反镜之间的距离相等，对应的延时量为Δτ；
步骤2：每次反射的所述光脉冲传输相同的距离后进入光耦合模块进行耦合，多路光脉冲信号合并实现光脉冲展宽输出；
步骤3：光电探测器模块进行包络探测得到展宽后的电脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的一种光脉冲展宽方法，其特征在于：所述步骤1中采用光学镀膜技术控制透反镜的反射率和透射率。
3.根据权利要求1所述的一种光脉冲展宽方法，其特征在于：所述述步骤1中透反镜反射率的计算公式如下：Rn＝R1/(1-(n-1)R1)，其中第一个透反镜的反射率为R1＝1/n，所述n为大于1的整数。
4.根据权利要求1所述的一种光脉冲展宽方法，其特征在于：所述步骤1中延时量的计算公式如下：Δτ＝d/c，d为光脉冲传输的距离；c表示光的速度。
5.根据权利要求1所述的一种光脉冲展宽方法，其特征在于：所述光耦合模块采用光纤耦合器。
6.根据权利要求1所述的一种光脉冲展宽方法，其特征在于：所述光电探测器模块采用半导体光电二极管。
7.根据权利要求1所述的一种光脉冲展宽方法，其特征在于：所述步骤3中脉冲展宽宽度等于Δt+Δτ×n。
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