在检测频率复杂的信号时,光学傅里叶变换的高带宽、快速性优势凸显,其在光谱和高速射频信号的实时检测中都有重要应用。基于色散的光学傅里叶变换方法包括色散展宽和时间透镜方法。基于光纤色散方法,对比分析了基于色散展宽和基于时间透镜的光学傅里叶变换的实现原理。对两类方案中5种不同系统的输出结果、色散量、光谱分辨率、时间带宽积等影响因素进行分析,分别阐述了其应用及改进方案。

对超短光脉冲的滤波一直是一个难以解决的问题,一般的光学器件很难分辨皮秒级光脉冲。基 于时间透镜技术研究了一种面向超短光脉冲的滤波系统。光脉冲通过一个由标准单模光纤(SSMF)和时间 透镜组成的傅里叶变换系统,经傅里叶变换后通过光开关进行截取,截取后的光脉冲再次经过一个 由时间透镜和SSMF组成的反傅里叶变换系统,得到滤波后的波形,实验结果表明其时间分辨 率达到皮秒级。所提方法采用全光系统,结构简单,实时性好。

Synchronized time-lens source is a novel method to generate synchronized optical pulses to modelocked lasers, and has found widespread applications in coherent Raman scattering microscopy. Relative timing jitter between the mode-locked laser and the synchronized time-lens source is a key parameter for evaluating the synchronization performance of such synchronized laser systems. However, the origins of the relative timing jitter in such systems are not fully determined, which in turn prevents the experimental efforts to optimize the synchronization performance. Here, we demonstrate, through theoretical modeling and numerical simulation, that the photodetection could be one physical origin of the relative timing jitter. Comparison with relative timing jitter due to the intrinsic timing jitter of the mode-locked laser is also demonstrated, revealing different qualitative and quantitative behaviors. Based on the nature of this photodetection-induced timing jitter, we further propose several strategies to reduce the relative timing jitter. Our theoretical results will provide guidelines for optimizing synchronization performance in experiments.

基于Opti-System软件, 对相位波带片型时间透镜进行了深入研究。明确了中心波长对相位波带片型时间透镜焦距色散补偿量的影响机理, 建立了中心波长、色散补偿量与输出光脉冲消光比及脉冲宽度间的关系。研究结果表明, 相位波带片型时间透镜的焦距色散补偿量, 在1 310~1 550 nm波长范围与光信号中心波长呈近似线性关系。通过线性拟合, 得出焦距色散补偿量与中心波长的线性关系公式。对于不同波长的输入光波, 可通过公式确定最佳焦距色散补偿量, 实现最窄脉宽和最优消光比的光脉冲输出。研究结果可为优化相位波带片型时间透镜设计提供理论指导, 进而拓宽相位波带片型时间透镜的应用范围。

提出了一种用于增大基于电光相位调制时间透镜孔径的参数调制法，理论推导出该方法的实现原理，并结合时间透镜在光脉冲压缩中的应用，研究了调制参数Q对时间孔径和脉冲压缩效果的影响。结果表明，对于文中调制频率为20 GHz，理想压缩系数为5的时间成像系统，采用这种方法可将仅占调制周期15.6%的时间孔径提高到50%以上，并将脉冲压缩系数由3.11提升到4.46。同时，通过选取相反的输入和输出段色散，还可有效降低时间系统的调制电压。研究结果表明，该参数调制法只需对时间透镜本身参数做调整，无需引入新器件，便可有效地增大时间透镜的孔径，提高脉冲压缩系数，使其更接近理想值。该研究成果为电光相位调制时间透镜系统的性能提升提供了一种简洁而有效的手段。

基于光波时空二元性理论，研究了时间透镜和光脉冲在色散介质中传输的原理，提出了一种利用光脉冲频谱包络来传输光信号的方法：利用光脉冲的频谱包络在色散介质中保持不变的原理，在发射端用基于时间透镜的全光傅里叶逆变换器件将光脉冲的频谱包络转换到时域进行表示，从而得到新的传输符号；在接收端用基于时间透镜的全光傅里叶变换器件将原始光脉冲序列恢复。该传输系统可以消除色度色散、偏振模色散、时间抖动等线性畸变对光脉冲的影响。给出了全光傅里叶变换/逆变换器件的具体实现方法和10 Gb/s-200 km无预啁啾、无任何色散补偿的传输实验，验证了该方案的正确性与可行性，为高速光纤通信提供了一种新的方案。