[发明专利]时间透镜实现方法、装置及光子傅立叶变换系统

说明书

本发明公开了一种时间透镜实现方法。该方法包括以下步骤：步骤1、将标准抛物线驱动信号的左、右半边分别幅度等量分割为N份，并将所得到的2N份信号沿幅度方向平移对齐后重组，得到分割抛物线驱动信号；N为大于等于2的整数；步骤2、利用所述分割抛物线驱动信号为信号光引入时间上的二次相位，并使得所述二次相位在相位跳变点的跳变量为2π。本发明还公开了一种时间透镜实现装置以及一种光子傅立叶变换系统。相比现有技术，本发明可通过简单、高效的结构实现高品质因子的时间透镜。

技术领域

本发明涉及光子实时傅立叶变换技术领域，尤其涉及一种高品质因子的时间透镜实现方法。

背景技术

时间透镜的概念来源于时空二元性。所谓时空二元性是指波束在自由空间中的近轴衍射与窄带光脉冲在介质中的色散传播在数学表达形式上的相似性，因此，空间中的透镜对波束的作用可以引申到时间上来。时间透镜的定义为一种可以为输入光脉冲引入时间上的二次相位调制的装置，其固有的两个参数为孔径和时域分辨率：时间透镜的孔径指的是时域上可以调制的最大脉冲宽度，时间透镜的时域分辨率指的是通过时间透镜可以得到的脉冲最窄宽度。因此，时间透镜的品质因子定义为其孔径与时域分辨率的比值。在基于时间透镜的实时傅立叶变换系统中，时间透镜的孔径决定了系统可处理的带宽，而时域分辨率决定了系统的频率分辨率，因此，提升时间透镜的品质因子对增大系统带宽，提高频率分辨率至关重要。

一般来说，时间透镜有三种实现方式：基于电光相位调制，基于交叉相位调制和基于参量过程。基于电光相位调制的是实现时间透镜最直接的方法，其基本方法是在相位调制器上调制一个时域抛物线信号。1988年，Kobayashi提出了用正弦信号在波峰或波谷处的信号来近似时域抛物线信号实现时间透镜的方式(T.Kobayashi,H.Yao,K.Amano,Y.Fukushima,A.Morimoto,and T.Sueta,Optical pulse compression using high-frequency electrooptic phase modulation,IEEE journal of quantum electronics,vol.24,no.2,pp.382-387,1988.)，其基本结构如图1所示。然而，这种近似只在相当小的区域内有效，时间透镜的孔径会受到很大限制。并且，采用正弦信号驱动相位调制器实现的时间透镜，其品质因子最终受限于调制系数。由于相位调制器的最大调制电压有限，可实现的最大调制系数也会受到限制，最终实现的时间透镜的品质因子将会很小。一般采用时域抛物线驱动相位调制器实现的时间透镜其品质因子在10以内。

为了提高时间透镜的品质因子，2008年，Hirooka提出了使用交叉相位调制实现时间透镜的方式(T.Hirooka and M.Nakazawa,All-optical 40-GHz Time-Domain FourierTransformation using XPM with a dark parabolic pulse,IEEE PhotonicsTechnology Letters,vol.20,no.22,pp.1869-1871,2008.)，其基本结构如图2所示。由于非线性光纤中的克尔效应，泵浦光与信号光发生相互作用，信号光将被引入与信号光的瞬时功率成正相关的相位项。因此，当泵浦光的功率随时间二次变化时，信号光将被引入二次项的相位。然而，交叉相位调制实现的时间透镜品质因子受限于泵浦光的最大功率，实现高品质因子的时间透镜需要很大的光功率。然而，过大的光功率将会带来如自相位调制在内的其他非线性效应，这些非线性效应将会破坏信号光随时间二次变化的瞬时功率谱。目前，通过交叉相位调制实现的时间透镜其品质因子一般在20以内。