1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528403
光学延迟线是影响太赫兹时域光谱系统中太赫兹信号准确性、信噪比以及频谱分辨率的关键环节。本文设计了一种由24个转盘反射面（TRS）构成的快速旋转光学延迟线（FRODL）。通过对FRODL工作角度的仿真，得到了其理论延迟时间和理论非线性度。基于FRODL实际耦合过程中耦合功率的波动性大小，确定了FRODL的实际工作区间，并搭建了偏振迈克耳孙干涉系统，对FRODL结构的实际延迟时间进行标定，得到了各转盘反射面工作的实际延迟时间。标定结果显示，FRODL校准前的最大非线性误差为0.094 ps，非线性度为0.215%。通过两次利用三次样条插值，对FRODL实际延迟时间和采样点信号进行匹配，获得了校准后的太赫兹等间隔时域波形。
光学延迟线 非线性校准 太赫兹时域光谱系统 延迟时间 非线性误差
1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术作为一种新兴的相干探测技术，其发展推动着安全检测和无损检测技术的进步与革新，对保护人们的生命健康、财产安全有着突出的贡献。为了获得更好的成像效果与探测灵敏度，就应在保证获取信号的信噪比符合要求的同时提高对太赫兹信号的探测速度。本文基于渐开线反射面光学延迟线装置，分析了光学延迟线外形参数，对延迟距离为71 mm、延迟时间为236.7 ps的模型进行了仿真。针对旋转反射镜轴心的偏心误差、平面反射镜的安装误差和旋转光学延迟线的出射光斑畸变三个方面进行了误差分析，并讨论了减小误差的方法。为该装置提升时间延迟、获得更加完整的太赫兹光谱，以及进一步提升THz-TDS系统的性能提供理论和仿真基础。
仪器，测量与计量 太赫兹时域光谱系统 渐开线 光学延迟线 延迟时间 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2312004
1 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
2 上海交大-平湖智能光电研究院，浙江 平湖 314200
本文对基于级联反谐振微环的1×N树状波束成形网络芯片进行了理论分析。该结构采用反谐振微环实现低延迟抖动、大带宽的光学真延迟，并利用树状结构来减少延迟单元的数量，可用于宽带大规模微波光子相控阵天线系统中。针对微环单元初始状态随机的问题，本团队构建了一套自动化标定系统，利用光谱与微波延迟谱联合迭代优化来精准控制微环延迟量和谐振波长。测试了基于氮化硅的1×8低损耗波束成形网络芯片中的最长路径，实现了路径中所有21个级联微环的延迟离散调节，测得最大延迟量为560 ps，延迟抖动小于11.2 ps；同时验证了3个微环的延迟连续调节，3个微环在0～8 GHz带宽内的延迟抖动小于7.5 ps。本系统可以消除微环间热串扰对微环状态标定的影响，同时降低了芯片与硬件系统的复杂度。
光学器件 集成光器件 微环谐振器 光延迟线 反馈控制算法 中国激光
2022, 49(11): 1119001
1 南京电子技术研究所，南京 210039
2 中国电子科技集团公司 智能感知技术重点实验室，南京 210039
利用光延时技术抑制宽带相控阵雷达的波束色散，光延时量的离散特性会引入波束指向偏差。通过线性相位拟合法分析了最小延时改变对阵面等效相位分布的影响，建立了延时线步进与雷达波束指向偏差间关系的理论模型，得到波束指向偏差与延时步进成正比，与阵元间距、阵元数平方和波束指向的余弦值成反比。通过仿真和实测数据验证了该技术的可行性。实测结果表明，在8~12 GHz宽带微波信号下，±60°扫描范围内，宽带波束的指向偏差小于0.77°，带内指向色散小于0.98°，峰值能量损失小于0.89 dB，旁瓣抑制比超过11.06 dB。
微波光子学 亚波长步进光延时线 光波束形成 相控阵天线 无波束倾斜 Microwave photonics Sub-wavelength stepped optical delay line Optical beamforming Phased-array antenna Beam squint free
1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院光电工程国家级实验教学示范中心，吉林 长春 130022
太赫兹时域光谱技术在无损检测领域有很好的技术优势和应用前景，提高系统的检测速度和探测频谱分辨率是当前时域光谱技术的一个重要课题，而太赫兹时域光谱系统的检测速度和延迟时间是由光学延迟线决定的。基于透射式太赫兹时域光谱系统，设计了一种新型的旋转式光学延迟线，该旋转延迟线包含24片平面反射镜，通过旋转改变光程，进而产生可变的延迟时间。对该光学延迟线建立了数学模型，并进行了工作状态下光路的仿真与实际实验验证。仿真与实验结果表明，延迟时间可达72 ps，扫描频率为60 Hz，最小二乘法计算得到的线性度可达99.96%。利用有限元分析(FEA)软件对该延迟线的机械结构进行了旋转状态下的受力分析和模态分析，验证了该设计在工作中的可靠性与稳定性。该设计相比现有的太赫兹时域系统中的线性延迟线，有更快的扫描速度和更长的线性延迟时间，有利于太赫兹时域光谱系统的光纤集成化。
测量 太赫兹时域光谱技术 光学延迟线 等效采样 延迟距离 延迟时间
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 太赫兹技术创新研究院, 上海 200093
对于光纤耦合式太赫兹时域光谱系统, 其工作稳定性主要受限于光学延迟线延迟扫描过程中的插损稳定性。为了解决这一问题, 设计了一种新型的高稳定光学延迟扫描装置。将新型光学延迟线与传统光学延迟线进行光学仿真公差分析表明, 当其内部的角锥反射镜和光纤准直器具有相同程度的倾斜和偏心条件时, 新型光学延迟线所获得的耦合效率波动量远小于传统光学延迟线。通过太赫兹时域波形对比结果表明, 使用其方案所设计的新型光学延迟线所获得的太赫兹时域信号峰值波动量仅有传统光学延迟线的1/4。为提升光纤耦合式太赫兹时域光谱系统的稳定性提供了一种可行性方案。
光学延迟线 光纤耦合式太赫兹时域光谱系统 光学公差分析 optical delay line Fiber-coupled terahertz time-domain spectroscopy s optical tolerance analysis
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai Key Laboratory of Navigation and Location Services, Shanghai Institute for Advanced Communication and Data Science, Department of Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
We report an 8-channel wavelength-mode optical pulse interleaver on a silicon photonic chip. Wavelength- and mode-division multiplexing techniques are combined to increase the repetition rate of the pulses without adding the complexity of a single dimension. The interleaver uses a cascaded Mach–Zehnder interferometer architecture as a wavelength-division (de)multiplexer, an asymmetric directional coupler as a mode (de)multiplexer, and various lengths of silicon waveguides as delay lines. A pulse sequence with a time interval of 125 ps is implemented with the repetition rate being eight times that of the initial one. The demonstrated wavelength-mode multiplexing approach opens a new route for the generation of high-speed optical pulses.
silicon photonics optical delay line wavelength division multiplexing mode division multiplexing Chinese Optics Letters
2020, 18(3): 031301
提出了一种基于级联双电极马赫-曾德尔调制器、光延迟线和半导体光放大器的24倍频毫米波信号生成方案。将两个双电极马赫-曾德尔调制器通过一个光延迟线级联, 获得高纯度±4阶边带, 进而利用半导体光放大器的四波混频效应, 得到±4阶和±12阶边带, 通过波分解复用器选出±12阶边带, 经光电探测器拍频即可得到24倍频毫米波信号。理论分析和仿真验证结果表明, 当输入信号频率为4~10GHz时, 可以生成射频杂散抑制比不低于26dB的24倍频毫米波信号, 且其频谱纯度高, 可调谐性好。
光通信 毫米波 双电极马赫-曾德尔调制器 可调光延迟线 四波混频 optical communication millimeter wave DMZM tunable optical delay line four wave mixing
大连理工大学光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
设计了面向Ka频段(30 GHz)相控阵天线的4阵元子阵集成波导光延时网络。该光延时网络采用相位调制方式将射频信号转换至光域,波导微环处于反谐振状态,以实现大带宽、连续可调延时;通过带通滤波仅对一个边带进行延时调控,基于差分平衡探测器还原出射频信号。优化设计了级联双波导微环的结构参数,使每条路径的延时量在0~24.9 ps范围内连续可调,延时带宽大于4 GHz,实现了最大扫描角为±30°的波束扫描。对光延时网络链路的增益和噪声系数进行了推导分析,评估了整个延时芯片系统在实际应用中的性能。
集成光学 光控波束 光延时线 波导微环 反谐振
