一种基于微环谐振器的时域隐身装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于微环谐振器的时域隐身装置，包括依次连接的光频率梳发生器、微环谐振器、单模光纤、马赫曾德尔调制器和色散补偿光纤，与微环谐振器连接的任意波形发生器以及与马赫曾德尔调制器连接的码流发生器；马赫增德尔调制器利用调制电信号对形成了时间缺口的光信号进行调制并输出已调光信号，已调光信号经过所述色散补偿光纤缝合时间缺口并恢复光信号，在时域上实现了对信号的隐身。本发明采用的微环谐振器相较于时间分割棱镜来说制作相对简单，容易实现，因而使结构较简单，成本较低，实现的隐身效果也明显；通过调节任意波形发生器与改变单模光纤与色散补偿光纤的长度，可以改变隐身的时间段，实现较大的时间段内的时域隐身。
【专利说明】—种基于微环谐振器的时域隐身装置
【技术领域】
[0001]本发明属于隐身【技术领域】，更具体地，涉及一种基于微环谐振器的时域隐身装置。【背景技术】
[0002]对于一个物体或事件的存在与发生，往往都是通过测量探测光与物体或事件中的某一元素相互作用而导致的探测光属性的变化来检测的。为了实现空间上的隐身，就需要精确地操纵物体周围的折射率以使探测光会绕过物体，而不会被物体散射，从而在空间上便形成了一个“洞”，物体上没有了光相对于观察者而言物体就被隐藏了，即达到了隐身效果。这种空间隐身技术通常是使用外部的材料例如负折射材料或是通过对折射率精细地操纵来实现的。
[0003]根据折射率与色散展宽之间的空间——时间二象性关系，同样地，在有限的时间内也是有可能实现对已发生的事件隐身的。时域隐身的概念就是这样从空间隐身发展过来的。类似地，在时间上对材料的色散进行精确操纵，以在探测光上产生一个“时间缺口”(即在某一段时间内没有光通过)，使在该段时间内发生的事件被隐藏。这一方法是基于在一段可控制的时间窗口内加速探测光束的前面时间段同时使后面的时间段减速，这样时间缺口就产生了，如果事件正好就发生在这段时间窗口内，则探测光的属性就不会被该事件以任何方式修改。之后再通过相反地色散操作来缝合时间缺口，探测光就会被恢复成最初的状态，这样探测器将检测不到探测光属性的变化，从而检测不到任何事件的发生，即在这段时间窗口内实现了隐身的效果。
[0004]实现时域隐身的关键性挑战之一是必须要实现快速的色散变化。目前已有研究人员提出将光纤泵浦到高功率水平以产生与强度有关的大的折射率改变，进而得到时域隐身所需的条件实现隐身。但是，在这一方法中，在这种高功率下，其它的光学过程例如受激喇曼和布里渊散射将会限制时域隐身效果的产生。
[0005]此外也有人提出通过制作与空间棱镜(在空间上引入一个二次相位)类似的时间棱镜，用来在时间上产生一个二次相移。这个时间棱镜遵循与空间棱镜类似的棱镜定律，能在时域上放大或压缩信号。在这一方案中，需要制作两个相对应的时间分割棱镜结合该时间棱镜与单模光纤即能得到实现时域隐身所必须的时间缺口，再通过另一相对应的时间棱镜与色散补偿光纤的相反操作缝合时间缺口，即在时域上实现了隐身。不过这种时间分割棱镜的制作过程复杂、难度大，很难得到。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于微环谐振器的时域隐身装置，旨在解决现有的隐身技术隐身效果差、难以实现的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种基于微环谐振器的时域隐身装置，包括依次连接的光频率梳发生器、微环谐振器、单模光纤、马赫曾德尔调制器和色散补偿光纤，与所述微环谐振器连接的任意波形发生器，以及与所述马赫曾德尔调制器连接的码流发生器；所述光频率梳发生器产生梳状谱光信号；所述任意波形发生器产生锯齿形电信号；在所述锯齿形电信号的驱动下，所述微环谐振器对所述梳状谱光信号进行滤波后输出在隐身时间段内波长随时间锯齿形变化的光信号；所述波长随时间锯齿形变化的光信号经过所述单模光纤后产生时间缺口并形成了时间缺口的光信号；所述码流发生器产生调制电信号；所述调制电信号的信息正好落在所述隐身时间段内；所述马赫增德尔调制器利用所述调制电信号对所述形成了时间缺口的光信号进行调制并输出已调光信号，所述已调光信号经过所述色散补偿光纤缝合时间缺口并恢复光信号，在时域上实现了对信号的隐身。
[0008]更进一步地，所述光频率梳发生器产生的所述梳状谱光信号的每条谱线的幅度相等，每条谱线间的频率间隔相等。
[0009]更进一步地，所述光频率梳发生器为飞秒激光器。
[0010]更进一步地，所述微环谐振器为基于等离子体色散效应的电调微环谐振器。
[0011]更进一步地，所述码流发生器产生的电信号与所述任意波形发生器产生的锯齿形电信号具有相同周期。
[0012]更进一步地，所述马赫曾德尔调制器为电吸收调制器。
[0013]更进一步地，所述单模光纤与所述色散补偿光纤引起的色散值相等且反号。
[0014]更进一步地，所述时域隐身装置还包括:与所述色散补偿光纤连接的全光波长转换器。
[0015]本发明使用了光频率梳状谱光信号和微环谐振器来实现时域隐身，微环谐振器相较于时间分割棱镜来说制作相对简单，容易实现，因而使结构较简单，成本较低，实现的隐身效果也明显。此外，通过调节任意波形发生器与改变单模光纤与色散补偿光纤的长度，可以改变隐身的时间段，实现较大的时间段内的时域隐身。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例提供的基于微环谐振器的时域隐身装置的模块结构示意图；
[0017]图2是本发明实施例提供的基于微环谐振器的时域隐身装置原理示意图；(A) (B)
(C)⑶分别表示与图1中A、B、C、D四点处相对应的光信号的波长随时间变化的关系示意图；
[0018]图3为微环谐振器的有效折射率的改变量随加载在微环谐振器上的反向偏执电压的变化关系图；
[0019]图4为任意波形发生器产生的加载在微环谐振器上的电信号波形图；
[0020]图5为模拟实现时域隐身的过程中各处信号的波长随时间的分布图以及信号的波形图；(a)为由光频率梳发生器产生的梳状谱光信号的波长随时间的分布图，(b)、(C)分别为梳状谱光信号在经过微环谐振器后得到的光信号的波长随时间的分布图以及该信号的波形图，(d)、(e)分别为经过单模光纤后得到的光信号的波长随时间的分布图以及该信号的波形图，(f)为码流发生器产生的电信号，(g)为经过马赫增德尔调制器后得到的已调光信号的波形，(h)、(i)分别为经过色散补偿光纤之后得到的光信号的波长随时间的分布图以及该信号的波形图。
【具体实施方式】[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]本发明使用了光频率梳状谱光信号和微环谐振器来实现时域隐身，微环谐振器相较于时间分割棱镜来说制作相对简单，容易实现，因而使结构较简单，成本较低，实现的隐身效果也明显。此外，通过调节任意波形发生器与改变单模光纤与色散补偿光纤的长度，可以改变隐身的时间段，实现较大的时间段内的时域隐身。 [0023]图1给出了本发明实施例提供的时域隐身装置的结构示意图；由光频率梳发生器I产生梳状谱光信号，波长随时间的分布如图2中的A所示，该梳状谱光信号的每条谱线的幅度以及谱线间的频率间隔均相等。由任意波形发生器3在一定时间内t(实现隐身的时间段)产生一个锯齿形的电信号用来驱动微环谐振器2，使得微环谐振器2的下载端输出在隐身时间段内波长随时间锯齿形变化的光信号，该光信号的波长随时间的分布如图2中的B所示。然后该波长随时间锯齿形变化的光信号再经过单模光纤4，在单模光纤4中长波长相对于短波长走的慢，因此长波长的光会比短波长的光产生的延时大，则会导致在中心波长上形成一个时间缺口，即该时间段内没有光，如图2中的C所示即为得到的形成了时间缺口的光信号的波长随时间的分布图。将形成了时间缺口的光信号经过马赫增德尔调制器5加载信息。加载的调制电信号是由码流发生器6产生。如果加载的调制电信号正好是在时间缺口 t内，则马赫增德尔调制器5将不会改变输入光信号的时域和频域的属性，即该调制信号被隐藏了，而马赫增德尔调制器5输出的已调光信号的波形与其输入光信号的波形相同。将马赫增德尔调制器5输出的已调光信号经过色散补偿光纤7，色散补偿光纤7的作用正好与单模光纤4作用完全相反，在色散补偿光纤7中长波长相对于短波长走的快，这将会缝合时间缺口恢复光信号，经色散补偿光纤7后输出的光信号的波长随时间的分布如图2中的D所示，与经过单模光纤4后的光信号一样，如此即在时域上实现了对信息的隐身。
[0024]在本发明实施例中，光频率梳发生器I产生的梳状谱光信号的每条谱线的幅度以及谱线间的频率间隔均相等，其中，光频率梳发生器I也可以用诸如飞秒激光器之类的超连续谱光源代替来产生梳状谱光信号。例如，光频率梳发生器I输出中心波长为1562nm、谱线条数为21的梳状谱光信号，其中每条谱线之间的间隔为500MHz，如图5(a)所示，波长范围为1561.959~1562.047nm。将该梳状谱光信号输入到微环谐振器2。
[0025]微环谐振器2的传输特性是可以动态调节的，模拟过程中用到的是基于等离子体色散效应的电调微环谐振器，其Q值较高，输出光对波长很敏感，具有更高的响应速率，其有效折射率的改变量与电压近似是成线性关系的。对于微环谐振器2，有效折射率的改变
与谐振波长移动的关系表不为-AH0 (I)，对1.55 y m波长的输入光，由等尚子体色
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散效应引起的硅的有效折射率改变可表示为:An = -[8.8X10_22X ANe+8.5X IO^18X ( ANh)°_8](2)，式中，A凡和A Nh分别表示电子和空穴的浓度变化，单位为cm_3，与加载的电压有关。如图3所示，给出了有效折射率的改变量与加载的电压的关系。由图3中的曲线可以看出，有效折射率的改变量与电压近似是成线性关系的。结合公式(I)可知，微环谐振器的谐振波长会随着加载的电压线性变化，因此通过调节电压等同于调节微环谐振器的谐振波长，使下载端的输出光信号的状态发生改变。[0026]由任意波形发生器3产生如图4所示的电信号来驱动微环谐振器2，图中给出了两个时间周期T1和T2分别对应时域隐身系统打开和关闭时的两个状态，t为将实现时域隐身的时间段。由于微环谐振器2的谐振波长会随着驱动电压的电压而改变，从而导致微环谐振器2的下载端的输出的光信号的波长会随时间变化，如图5(b)所示，从微环谐振器2的下载端输出的光信号波形如图5(c)所示。
[0027]由微环谐振器2的下载端输出的光信号再经过单模光纤4，一般单模光纤的色散系数随着波长的增加而变大，在1561.959~1562.047nm这么小的波长范围内这种变化可近似认为是线性的。单模光纤4与色散补偿光纤7起相反地作用，其引起的色散值相等但反号，即D1*L1 = -D2*L2，其中D是色散系数，L是光纤长度。在单模光纤4中长波长相对于短波长走的慢，即长波长的光会比短波长的光产生的延时差(AT = DLA入，D为色散系数，L为单模光纤长度，△ \为光源谱宽)大，长波长和短波长会相对于中心波长向两边移动。通过改变单模光纤4的长度而调节长波长和短波长相对于中心波长的移动量进而得到如图5(d)所示的波长随时间的分布图，其相应的波形如图5(e)所示，此时在时间段t内形成了时间缺口。
[0028]将该形成了时间缺口的光信号再输入到马赫增德尔调制器5中加载信息。调制电信号是由码流发生器6产生，如图5(f)所示。值得注意的是，码流发生器6产生的电信号的周期应与任意波形发生器3产生的电信号的周期相同，在图5(f)中时间周期T1和T2上为完全相同的调制电信号，且该信号正好是落在时间缺口 t内。图5(g)为马赫增德尔调制器5输出的已调光信号的波形，对比时间周期T1和T2可看出，在时间周期T1内调制信号并没有改变输出光信号的波形。其中，马赫曾德尔调制器5可以采用电吸收调制器替代，其响应速度更快，功耗更低。
[0029]最后将已调光信号经过色散补偿光纤7。在色散补偿光纤7中长波长相对于短波长走的快，即长波长的光会比短波长的光产生的延时差小，长波长和短波长会相对于中心波长向中间移动。色散补偿光纤7引入的色散值与单模光纤4引入的色散值相等但反号。这样色散补偿光纤7的作用将正好与单模光纤4的作用完全相反，正好能将时间缺口完全缝合，进而恢复信号，图5(h)、5(i)分别为经过色散补偿光纤7之后得到的光信号的波长随时间的分布图以及信号的波形图。由图5(h)可以看出，经过色散补偿光纤7之后的光信号的波长随时间的分布完全恢复到经过单模光纤4之后的状态。而从信号的波形图5(i)中则可看出:在时域隐身打开的时间周期T1内信号恢复到经过单模光纤4之后的状态，时域波形上没有任何变化，即实现了对调制信号的隐身；而在时域隐身关闭的时间周期T2内即得到了与调制电信号波形相似的已调光信号，即没有实现对调制信号的隐身。
[0030]在色散补偿光纤7后面还可以另外再接一个波长转换器，使最终的输出光信号恢复为一个单一波长(中心波长)的单色光信号，将能更好地实现隐身效果。
[0031]此外，通过调节任意波形发生器输出的电信号中t的长度与位置，同时相对应地改变单模光纤与色散补偿光纤的长度，可以改变隐身的时间段，实现更大的时间段内的时域隐身。
[0032]本发明提供的基于微环谐振器的时域隐身装置结构简单，成本较低，易于实现，且时域隐身的效果明显。另外，该技术对于推进时间-空间全隐身技术的发展具有非常重要的意义。[0033]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于微环谐振器的时域隐身装置，其特征在于，包括依次连接的光频率梳发生器、微环谐振器、单模光纤、马赫曾德尔调制器和色散补偿光纤，与所述微环谐振器连接的任意波形发生器，以及与所述马赫曾德尔调制器连接的码流发生器； 所述光频率梳发生器产生梳状谱光信号；所述任意波形发生器产生锯齿形电信号； 在所述锯齿形电信号的驱动下，所述微环谐振器对所述梳状谱光信号进行滤波后输出在隐身时间段内波长随时间锯齿形变化的光信号； 所述波长随时间锯齿形变化的光信号经过所述单模光纤后产生时间缺口并形成了时间缺口的光信号； 所述码流发生器产生调制电信号；所述调制电信号的信息正好落在所述隐身时间段内； 所述马赫增德尔调制器利用所述调制电信号对所述形成了时间缺口的光信号进行调制并输出已调光信号，所述已调光信号经过所述色散补偿光纤缝合时间缺口并恢复光信号，在时域上实现了对信号的隐身。
2.根据权利要求1所述的时域隐身装置，其特征在于，所述光频率梳发生器产生的所述梳状谱光信号的每条谱线的幅度相等，每条谱线间的频率间隔相等。
3.根据权利要求1或2所述的时域隐身装置，其特征在于，所述光频率梳发生器为飞秒激光器。
4.根据权利要求1所述的时域隐身装置，其特征在于，所述微环谐振器为基于等离子体色散效应的电调微环谐振器。
5.根据权利要求1所述的时域隐身装置，其特征在于，所述码流发生器产生的电信号与所述任意波形发生器产生的锯齿形电信号具有相同周期。
6.根据权利要求1所述的时域隐身装置，其特征在于，所述马赫曾德尔调制器为电吸收调制器。
7.根据权利要求1所述的时域隐身装置，其特征在于，所述单模光纤与所述色散补偿光纤引入的色散值相等且反号。
8.根据权利要求1所述的时域隐身装置，其特征在于，所述时域隐身装置还包括:与所述色散补偿光纤连接的全光波长转换器。
【文档编号】G02F2/00GK103631065SQ201210303253
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2012年8月24日
【发明者】董建绩, 张新亮, 杨婷, 罗博文, 黄德修 申请人:华中科技大学