专利名称：自泵浦延迟可调光脉冲群速延迟器的制作方法
白泵浦舰可调舰冲群速延迟器fe^领域本发明属于 讯，激光雷达，及光信息处理技术领域。背景s^光延，是3tMms激光雷达等相关领域中对信号处理的基本M器件，其作用是使进入到光延迟器的信号相对于未进入延迟器时的信号在传输时间上产生差别(一般是滞 后)。光的群速是指光脉冲會讀中心(也就是波包中心)的移动速度，对应光脉冲皿中倉^ftft大 的4iS的速度。目前的群速延迟方案中，有基于#^距离变化的经典方案， 一般以光乡彌合皿 角棱^^结构增加光的传输距离皿到延时的效果，此类延迟器的延迟时差一般较短[l-8];进 一步人们发现利用光栅的色散也可达到更大的延时效果[9-11]，而最新的研究g也有利用材料 非线性'I4M来实现的方案，但是这些方案大多对^#要求比较苛刻，比如超低温环境，3虫立的泵 浦光源等[12-20],近来在红宝石中依靠量子相干布居振荡也可以得到自泵浦的减漫结果，但此种 方法不能产生群速的加决延时[21]。
发明内容本发明的目的是解决现有技术存在的i^不足，J^f共一种自泵浦延迟可调光脉 冲群速舰器。针对一般的激光器出射光为高斯光的特点，本发明提出将高斯光束聚焦后入射到有弛豫效应的非线性介质中，依靠其介质的弛豫';m^t聚焦光束中不同空间频率成分产生非简并二波耦合的效应，从而对聚焦光束的低空间频率光产生群速延迟(通过小 L光阑可以滤去高空间频率的光， 只让低空间频率的光ilil)，单光束中不同空间频率的成分之间相互耦合从而调控 为本发明首 创。因为一般非线性介质对光功率密度&A射角度等因素的响应不同会影响耦合继而影响群速的延时，而在焦点附近的高斯光光功率密度可随样品位置不同而连续变化，所以可以通过调节非线 性介质在聚焦高斯光束焦点附近的位置来调节不同空间频率之间光的耦合，从而达到延迟的连乡卖 调节。和现有技7l^目比[1-21]，本发明综合了其它技术的优点，可在自泵浦割牛下实现延迟的超前和滞后。这既解决了一般基于傲俞距离变化的方案仅能产生滞后，不能产z战前效果的缺点(超前的结果见具体实施方案中实例的示波織图、图3)，也解决了其它糊險性介质利用中要禾, 单独的泵浦源的缺点，在保留超前延B寸和滞后延时的同时实现自泵浦。另外本发明延时具有连续可调，调s^便的特点。aa^择^s的非线性材料，可以在室温下实现光群速的延迟(如本例 中的红宝石)。本发明鄉的自泵浦延迟可调光脉冲群速延迟器，包括一个平移台，位于平移台航入射方 向上、输入端口后设置有一个聚焦皿，平移台上设置有非线性介质，位于平移台后方出射方向上、输出端口前设置有一个小 L光阑构成。其中所丞的平移台为机动或手动移动式平移台。平移台上设置的非线性介质可以选择的种类很多，存在弛豫^os可以产生非简并二波耦合效应的材质基本上tlW由此法得到类似结果，如BSO， te石磐。 本发明的优点和积极，第一，延皿续可调。由于此方案的立足在于ffiil调节介质的非线性效应而控制光群速，通过调节非线性介质在聚焦光束焦点附近的位置，可以连续改^A射至排线性介质中的光功率密度 和入射光的波前曲率，这样会影响光束自身对其低空间频率的泵浦，从而改变延迟。通过建立非线性晶体的位置和延迟的映射关系(因为聚焦光在样品中^tr机制复杂，除了引起延时的这种不 同空间频率的耦合，还有自相位调制及非线性介质后表面的夫朗和费衍，机制。由公式给出的 结果误差较大，但可由直接测量给出具体的映射关系，如具体实施方案中给出的图4所示。这并 不影响延迟器的l顿)，达到控制延迟的目的。第二延迟限于光束的低空间频率部分对非线性介质的色散，i!31自身泵浦即可达到要求， 是自泵浦，不需客砂卜的泵浦源。第三，低空间频率的光既可以产生减慢效应，也可以产生加快效应，这样就可以产生以往常 规方法所不能产生的群速加快结果，其功能相当于使被延时的信号产生时间上的提前量，拓展了 延迟器的应用前景。第四，选取介质誠可以实现常温操作，多种可选的非线性介质及手动，机控可选为该方法 提供了灵活多样的成本控制皿用空间。
1图i是自泵浦延迟可调)tE冲群速延迟器结构原理示意图。图2是延迟的观观順理示意图。图3是具体实施方案中光群速加快的示波器图像。图4是峰值功率299mw， 50hz正弦调制光强，纖焦距为300mm的典型实测映射关系曲线。具條^^:实施例l:如图1戶麻，本发明麟的自泵浦舰可调;)tl/1c冲群速鹏器，包括一个平移台，位于平移台ltr^入射方向上、输入端口后设置有一个聚焦M，平移台上设置有非线性介质，位于平移台后方出射方向上、输出端口前设置有一个小 L光阑构成。鹏的观测与确定延迟的观测一般可以由光电探测器及示波器i^t行探测，如图2戶标，将一调制光强信号Sil延迟器，光电探头D l将参考光信号转化为参考电信号，光电探头D2将纟S1延迟器的光信 号转化为电信号，我们称为待测信号。舰比较有无延迟麟测信号和参考信号的育糧最大微 延迟的不同，即可得到群速的，；特^i也，由于光fHl的速度极快，当延时达至i微秒M;tJi (>10—7秒)，由空间光路不同所造成的延时可以忽略(此时相当^入D 2和D l之间的光禾瞎有 30m，对于一般的实验测量而言，光f瞎很小，通常小于l米)，这时只要比较纟Si延迟器的信号 D 2和参考信号Dl延迟即可得出群速的延迟。图3给出的是具体实施方案中光群速加快的示波 器图像，示波器上CH1通道为参考信号，CH2为待测信号。图3中明显看出延迟后待测信号 较参考信号在群肚的超前。本实施例选取verdi-10半导,光器作为光源，红宝石作为非线性介质，因为M常温下即有 明显的弛豫( 3ms)，有利于产生较大的延迟。以光学导轨作为控制非线性介质位置的载体，通 过实须何以给出低空间频率的光的延迟及非线性介质的位置两者的映射关系，如图4给出的是峰 值功率299mw, 50hz正弦调制光强，3gf竟焦距为300mm的典型实测B鄉关系曲线，曲线纵轴为延 时，正值为超前，负働滞后；横轴为纖巨红宝石后表面的距离，所用红宝石样品长度10cm。 由测量结果可知，通过计算m^手动改变非线性晶体的位置即可实现延迟的可调。图4中映射关 系曲线是在光学导轨中测量，给出的采点间距为5mm，采用更精细的平移台或电控平移台可以得 到更好的映射絲曲线，完全满足实用的需要。由曲线可知，只须在焦点Pf逝调整很小的距离(如 Z从285—290mm或290—300mm之间)即可实现延迟的大范围变动。延迟调整后的光脉冲可以 通过光电探头及示波器看到其波包中心(即能量最强的部分)在时间量上有提前或滞后，图3给 出的^M宽约40微秒一单脉冲光群鹏前的示波織图，图片中乡絶的待须瞻号比黄色的参考信 号，3.6微秒的超前量。1. http:〃www.ck365.cn/tradeinfo/16726,html2. http:y7www.clight.com.cn/product/timedelay 3.htm3. 卿翔，陈福深，"采用可调谐激光器提高光纤延迟线精度的研究"，激光技术(laser technology) ，Vo131， No. 1,47-53， 20074. 场俊杰，肖石林，"光缓存Sfig研究，，舰讯技术，Vol 12,42^42005.5. 向建英，周东，"基于光纤环的光缓存器"，光纤与电^m其細狱，Vd3,17-20， 20066. 杜书，陈福深，"驗可调光Eifi^技术研究'，光纤与电^敬其顿技术，Vdl， 3943， 20077. 李正，孙雨南，"应用在相控阵雷达上的光学实时延迟线"，光学技术， Vol32No3,381-388,2006.8. 张颖，蒋跃，刘敏，"用于雷达信号处理的连续可调声光延迟线"，现代雷达，Vo123， 95-98,2001.9. C. R Kuo, U.osterbeig， C. T. Seator^ G I. Stegeman et al. Optical fibers with negative group-velocity dispersion in the visible. Opt. Lett, 1988,13:1032 103410. S. H. K. YHsu^ and P. Yeh. Experimental observation of the slowdown of optical beams by a volume-index grating in a photorefractive LiNb03 crystal. Opt. Lett" 2000， 25:1582 158411. Feng Gao， Jingjun Haijun Qiao et al. Observation of superluminal and slowdown light propagation in doped lithium niobate crystals Optic.Commun"2006， 257:185 19012. A. V. Turukhin^ V. S. Sudarshanam M. S. Shahriar et al. Observation of Ultraslow and Stored Light Pulses in a Solid. Phys. Rev. Lett" 2002， 88:02360213. Guoquan Zhang, Rong Dong， Fang Bo et al. Slowdown of groupvelocity of light by means of phase coupling in photorefractive two-wavemixing. Appl. Opt., 2004,43(5): 1167-117314. Guoquan Zhang， Fang Bo， Rong Dong et al. Phase-Coupling-Induced Ultraslow Light Propagation in Solids at Room Temperaturc. Phys. Rev. Lett" 2004,93(13): 13390315. Fang Bo， Guoquan Zhang, and Jingjun Xu. Dispersive phase coupling induced superluminal gaussian light pulses in BSO aystals at room temperature. TOPS 99,M她r油，awc/Ztev/卿2005.386^39016. Fang Bo， Guoquan Zhang， and Jingjun Xu. Transition between superluminal and subluminal light propagation in photorefractive Bil2SiO20 crystals. Optics Express, 2005,13(20): 8198 820317. A. M. Akulshin et al., "Steep Anomalous Dispersion in Coherently Prepared Rb Vapor", Phys. Rev. Lett. 83， 4277 (1999).18. Ch. Liu et al" "Observation of Coherent Optical Information Storage in an Atomic Medium using Halted Light Pulses", Nature (London) 409,490 (2001).19. M. M. Kash et al" "Ultraslow Group Velocity and Enhanced Nonlinear Optical Effects in a Coherently Driven Hot Atomic Gas "， Phys. Rev. Lett. 82， 5229 (1999).20. D. F. Phillips et al.， "Storage of Light in Atomic Vapof ， Phys. Rev. Lett. 86,783 (2001).21. MS. Bigelow， N. N. Lepeshkin^ and R W. Boyd. Observation of Ultraslow Light Propagation in a Ruby Crystal at Room Temperaturc. Phys. Rev. Lett" 2003,90:11390权利要求
1、一种自泵浦延迟可调光脉冲群速延迟器，其特征在于该延迟器包括一个平移台，位于平移台前方入射方向上、输入端口后设置有一个聚焦透镜，平移台上设置有非线性介质，位于平移台后方出射方向上、输出端口前设置有一个小孔光阑构成。
2、 根据权利要求1皿的自泵浦延迟可调光脉冲群速EM器，，征在于平移台为机动或手 动移动式平移台。
3 、根据权利要求1或2戶舰的自泵浦延迟可调光脉冲群速Mifi器，赚征在于对于单舰 的低空间频率部分的，。
全文摘要
一种自泵浦延迟可调光脉冲群速延迟器。解决现有大可调范围群速延迟器对条件要求比较苛刻，比如超低温环境，独立的泵浦光源等问题。本发明延迟器包括一个平移台，位于平移台前方入射方向上的聚焦透镜，平移台上的非线性介质，及位于平移台后方出射方向上的小孔光阑构成。本发明对于光束的低空间频率部分产生延迟，通过非线性介质的色散，自泵浦即可达到要求，不需额外的泵浦源。由于是通过调节介质位置连续调节其色散，所以延迟连续可调。低空间频率的光既可以产生减慢效应，也可以产生加快效应，这样就可以产生以往常规方法所不能产生的群速加快结果，其功能相当于使被延时的信号产生时间上的提前量，拓展了延迟器的应用前景。
文档编号G02B6/28GK101266320SQ20071015117
公开日2008年9月17日 申请日期2007年12月21日 优先权日2007年12月21日
发明者张国权, 方 薄, 许京军, 峰 高 申请人:南开大学