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光学学报 2017年第3期37卷 177-182页

作者：陶世兴邓向阳李建中王竞彭其先中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

瞬态宽带宽光信号广泛存在于激光干涉测速、光通信等领域,具有宽带宽、非重复性的特点,但现有的直接或间接光脉冲测量技术还无法应用于此类信号的测量。利用时间-波长映射的啁啾光脉冲和四波混频效应对瞬态光信号进行超高速光采样,通过... 详细信息

瞬态宽带宽光信号广泛存在于激光干涉测速、光通信等领域,具有宽带宽、非重复性的特点,但现有的直接或间接光脉冲测量技术还无法应用于此类信号的测量。利用时间-波长映射的啁啾光脉冲和四波混频效应对瞬态光信号进行超高速光采样,通过采用时间拉伸技术和色散介质,放大其时间尺度,成倍提高了后端电子记录系统的带宽及采样率。实验结果表明,该方法可以实时测量带宽为56.978GHz的光拍频信号,等效测量时间分辨率为3.7ps,证实了所提方法的有效性。

关键词：光通信光拍频信号时间-波长映射四波混频啁啾光脉冲

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基于四波混频和时间拉伸的瞬态光信号全光测量技术研究

基于四波混频和时间拉伸的瞬态光信号全光测量技术研究

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作者：张卓宁中国工程物理研究院

学位级别：硕士

超短激光脉冲为人类提供了强有力的研究超快现象的手段。利用超短脉冲组成的泵浦/探测系统,人们可以研究物理、化学、生物学中许多动力学过程和超快现象。研究高速光脉冲振幅和相位的测量方法,有助于人们研究超短光脉冲的产生机理,对进... 详细信息

超短激光脉冲为人类提供了强有力的研究超快现象的手段。利用超短脉冲组成的泵浦/探测系统,人们可以研究物理、化学、生物学中许多动力学过程和超快现象。研究高速光脉冲振幅和相位的测量方法,有助于人们研究超短光脉冲的产生机理,对进一步促进超短脉冲激光技术的发展和应用有着重要的意义,尤其是在瞬态光信号测量领域。本文提出了一种基于宽光谱泵浦四波混频光-光采样结合色散傅里叶变换时间拉伸的瞬态光信号全光实时测量技术,采用时间-波长映射泵浦光通过四波混频效应将单一波长信号光脉冲无失真转换为时间-波长映射闲频光脉冲,从而对信号光脉冲实现超分辨连续光-光采样。时间拉伸则将被测光脉冲信号的带宽进行大幅度压缩,使其能被现有的光电探测系统捕捉,两种技术的结合实现了对瞬态光信号的实时测量。论文的主要工作包括：1.提出了一种瞬态光信号测量技术介绍了目前针对瞬态光信号的测量方法,包括光电条纹相机扫描、快速脉冲取样等直接测量方法,二次谐波产生、频率分辨光学门和光谱位相相干直接电场重建等间接测量方法,分析了这些方法的优缺点。提出一种将光子学运用到瞬态光信号测量的方法——色散傅里叶变换时间拉伸技术。2.理论研究了宽光谱四波混频和色散傅里叶变换时间拉伸从麦克斯韦方程组出发,推导了四波混频的耦合振幅方程,给出了其解析解;介绍了相位匹配条件,给出了单模光纤中实现近似相位匹配的三种方法;通过对耦合振幅方程的数值求解,分析了信号光频率、泵浦功率和光纤色散特性(光纤长度)等影响四波混频效率的因素;给出了波长范围在1530nm-1550nm的宽泵浦光四波混频增益的仿真计算结果。分析了用于描述色散傅里叶变换的非线性薛定谔方程,研究了色散傅里叶变换空间分辨率、扫描频率、时域采样点等参数,并给出其相互关系,以及时间拉伸对散粒噪声、热噪声、抖动噪声、拍频噪声信噪比的影响。3.设计了基于四波混频和时间拉伸的瞬态光信号测试系统对包括泵浦光源、时间-波长映射模块、四波混频波长变换模块、滤波结构、时间拉伸模块、信号处理方法等在内的各部分进行了分析和设计。给出了信号增益倍数、时间拉伸系数等关键技术参数。4.实验验证了宽光谱四波混频和色散傅里叶变换时间拉伸方案的有效性开展了单频泵浦四波混频和宽光谱四波混频的实验,测量了四波混频闲频光功率,对比研究了不同泵浦光波长范围的四波混频效率,设计了拉伸系数为5.8的色散傅里叶变换时间拉伸模块,滤波、放大后的信号信噪比达到了27dB。5.对相关实验的结果和测试技术的局限性进行了分析,提出了改进意见

关键词：全光采样四波混频时间-波长映射色散傅里叶变换

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