專利名稱：自泵浦延遲可調(diào)光脈沖群速延遲器的制作方法
白泵浦艦可調(diào)艦沖群速延遲器fe^領(lǐng)域本發(fā)明屬于 訊，激光雷達(dá)，及光信息處理技術(shù)領(lǐng)域。背景s^光延，是3tMms激光雷達(dá)等相關(guān)領(lǐng)域中對(duì)信號(hào)處理的基本M器件，其作用是使進(jìn)入到光延遲器的信號(hào)相對(duì)于未進(jìn)入延遲器時(shí)的信號(hào)在傳輸時(shí)間上產(chǎn)生差別(一般是滯 后)。光的群速是指光脈沖會(huì)讀中心(也就是波包中心)的移動(dòng)速度，對(duì)應(yīng)光脈沖皿中倉^ftft大 的4iS的速度。目前的群速延遲方案中，有基于#^距離變化的經(jīng)典方案， 一般以光鄉(xiāng)彌合皿 角棱^^結(jié)構(gòu)增加光的傳輸距離皿到延時(shí)的效果，此類延遲器的延遲時(shí)差一般較短[l-8];進(jìn) 一步人們發(fā)現(xiàn)利用光柵的色散也可達(dá)到更大的延時(shí)效果[9-11]，而最新的研究g也有利用材料 非線性'I4M來實(shí)現(xiàn)的方案，但是這些方案大多對(duì)^#要求比較苛刻，比如超低溫環(huán)境，3蟲立的泵 浦光源等[12-20],近來在紅寶石中依靠量子相干布居振蕩也可以得到自泵浦的減漫結(jié)果，但此種 方法不能產(chǎn)生群速的加決延時(shí)[21]。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的i^不足，J^f共一種自泵浦延遲可調(diào)光脈 沖群速艦器。針對(duì)一般的激光器出射光為高斯光的特點(diǎn)，本發(fā)明提出將高斯光束聚焦后入射到有弛豫效應(yīng)的非線性介質(zhì)中，依靠其介質(zhì)的弛豫';m^t聚焦光束中不同空間頻率成分產(chǎn)生非簡并二波耦合的效應(yīng)，從而對(duì)聚焦光束的低空間頻率光產(chǎn)生群速延遲(通過小 L光闌可以濾去高空間頻率的光， 只讓低空間頻率的光ilil)，單光束中不同空間頻率的成分之間相互耦合從而調(diào)控 為本發(fā)明首 創(chuàng)。因?yàn)橐话惴蔷€性介質(zhì)對(duì)光功率密度&A射角度等因素的響應(yīng)不同會(huì)影響耦合繼而影響群速的延時(shí)，而在焦點(diǎn)附近的高斯光光功率密度可隨樣品位置不同而連續(xù)變化，所以可以通過調(diào)節(jié)非線 性介質(zhì)在聚焦高斯光束焦點(diǎn)附近的位置來調(diào)節(jié)不同空間頻率之間光的耦合，從而達(dá)到延遲的連鄉(xiāng)賣 調(diào)節(jié)。和現(xiàn)有技7l^目比[1-21]，本發(fā)明綜合了其它技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可在自泵浦割牛下實(shí)現(xiàn)延遲的超前和滯后。這既解決了一般基于傲俞距離變化的方案僅能產(chǎn)生滯后，不能產(chǎn)z戰(zhàn)前效果的缺點(diǎn)(超前的結(jié)果見具體實(shí)施方案中實(shí)例的示波織圖、圖3)，也解決了其它糊險(xiǎn)性介質(zhì)利用中要禾, 單獨(dú)的泵浦源的缺點(diǎn)，在保留超前延B寸和滯后延時(shí)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)自泵浦。另外本發(fā)明延時(shí)具有連續(xù)可調(diào)，調(diào)s^便的特點(diǎn)。aa^擇^s的非線性材料，可以在室溫下實(shí)現(xiàn)光群速的延遲(如本例 中的紅寶石)。本發(fā)明鄉(xiāng)的自泵浦延遲可調(diào)光脈沖群速延遲器，包括一個(gè)平移臺(tái)，位于平移臺(tái)航入射方 向上、輸入端口后設(shè)置有一個(gè)聚焦皿，平移臺(tái)上設(shè)置有非線性介質(zhì)，位于平移臺(tái)后方出射方向上、輸出端口前設(shè)置有一個(gè)小 L光闌構(gòu)成。其中所丞的平移臺(tái)為機(jī)動(dòng)或手動(dòng)移動(dòng)式平移臺(tái)。平移臺(tái)上設(shè)置的非線性介質(zhì)可以選擇的種類很多，存在弛豫^os可以產(chǎn)生非簡并二波耦合效應(yīng)的材質(zhì)基本上tlW由此法得到類似結(jié)果，如BSO， te石磐。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極，第一，延皿續(xù)可調(diào)。由于此方案的立足在于ffiil調(diào)節(jié)介質(zhì)的非線性效應(yīng)而控制光群速，通過調(diào)節(jié)非線性介質(zhì)在聚焦光束焦點(diǎn)附近的位置，可以連續(xù)改^A射至排線性介質(zhì)中的光功率密度 和入射光的波前曲率，這樣會(huì)影響光束自身對(duì)其低空間頻率的泵浦，從而改變延遲。通過建立非線性晶體的位置和延遲的映射關(guān)系(因?yàn)榫劢构庠跇悠分衈tr機(jī)制復(fù)雜，除了引起延時(shí)的這種不 同空間頻率的耦合，還有自相位調(diào)制及非線性介質(zhì)后表面的夫朗和費(fèi)衍，機(jī)制。由公式給出的 結(jié)果誤差較大，但可由直接測量給出具體的映射關(guān)系，如具體實(shí)施方案中給出的圖4所示。這并 不影響延遲器的l頓)，達(dá)到控制延遲的目的。第二延遲限于光束的低空間頻率部分對(duì)非線性介質(zhì)的色散，i!31自身泵浦即可達(dá)到要求， 是自泵浦，不需客砂卜的泵浦源。第三，低空間頻率的光既可以產(chǎn)生減慢效應(yīng)，也可以產(chǎn)生加快效應(yīng)，這樣就可以產(chǎn)生以往常 規(guī)方法所不能產(chǎn)生的群速加快結(jié)果，其功能相當(dāng)于使被延時(shí)的信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間上的提前量，拓展了 延遲器的應(yīng)用前景。第四，選取介質(zhì)誠可以實(shí)現(xiàn)常溫操作，多種可選的非線性介質(zhì)及手動(dòng)，機(jī)控可選為該方法 提供了靈活多樣的成本控制皿用空間。


1圖i是自泵浦延遲可調(diào))tE沖群速延遲器結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是延遲的觀觀順理示意圖。圖3是具體實(shí)施方案中光群速加快的示波器圖像。圖4是峰值功率299mw， 50hz正弦調(diào)制光強(qiáng)，纖焦距為300mm的典型實(shí)測映射關(guān)系曲線。具條^^:實(shí)施例l:如圖1戶麻，本發(fā)明麟的自泵浦艦可調(diào);)tl/1c沖群速鵬器，包括一個(gè)平移臺(tái)，位于平移臺(tái)ltr^入射方向上、輸入端口后設(shè)置有一個(gè)聚焦M，平移臺(tái)上設(shè)置有非線性介質(zhì)，位于平移臺(tái)后方出射方向上、輸出端口前設(shè)置有一個(gè)小 L光闌構(gòu)成。鵬的觀測與確定延遲的觀測一般可以由光電探測器及示波器i^t行探測，如圖2戶標(biāo)，將一調(diào)制光強(qiáng)信號(hào)Sil延遲器，光電探頭D l將參考光信號(hào)轉(zhuǎn)化為參考電信號(hào)，光電探頭D2將纟S1延遲器的光信 號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，我們稱為待測信號(hào)。艦比較有無延遲麟測信號(hào)和參考信號(hào)的育糧最大微 延遲的不同，即可得到群速的，；特^i也，由于光fHl的速度極快，當(dāng)延時(shí)達(dá)至i微秒M;tJi (>10—7秒)，由空間光路不同所造成的延時(shí)可以忽略(此時(shí)相當(dāng)^入D 2和D l之間的光禾瞎有 30m，對(duì)于一般的實(shí)驗(yàn)測量而言，光f瞎很小，通常小于l米)，這時(shí)只要比較纟Si延遲器的信號(hào) D 2和參考信號(hào)Dl延遲即可得出群速的延遲。圖3給出的是具體實(shí)施方案中光群速加快的示波 器圖像，示波器上CH1通道為參考信號(hào)，CH2為待測信號(hào)。圖3中明顯看出延遲后待測信號(hào) 較參考信號(hào)在群肚的超前。本實(shí)施例選取verdi-10半導(dǎo),光器作為光源，紅寶石作為非線性介質(zhì)，因?yàn)镸常溫下即有 明顯的弛豫( 3ms)，有利于產(chǎn)生較大的延遲。以光學(xué)導(dǎo)軌作為控制非線性介質(zhì)位置的載體，通 過實(shí)須何以給出低空間頻率的光的延遲及非線性介質(zhì)的位置兩者的映射關(guān)系，如圖4給出的是峰 值功率299mw, 50hz正弦調(diào)制光強(qiáng)，3gf竟焦距為300mm的典型實(shí)測B鄉(xiāng)關(guān)系曲線，曲線縱軸為延 時(shí)，正值為超前，負(fù)働滯后；橫軸為纖巨紅寶石后表面的距離，所用紅寶石樣品長度10cm。 由測量結(jié)果可知，通過計(jì)算m^手動(dòng)改變非線性晶體的位置即可實(shí)現(xiàn)延遲的可調(diào)。圖4中映射關(guān) 系曲線是在光學(xué)導(dǎo)軌中測量，給出的采點(diǎn)間距為5mm，采用更精細(xì)的平移臺(tái)或電控平移臺(tái)可以得 到更好的映射絲曲線，完全滿足實(shí)用的需要。由曲線可知，只須在焦點(diǎn)Pf逝調(diào)整很小的距離(如 Z從285—290mm或290—300mm之間)即可實(shí)現(xiàn)延遲的大范圍變動(dòng)。延遲調(diào)整后的光脈沖可以 通過光電探頭及示波器看到其波包中心(即能量最強(qiáng)的部分)在時(shí)間量上有提前或滯后，圖3給 出的^M寬約40微秒一單脈沖光群鵬前的示波織圖，圖片中鄉(xiāng)絶的待須瞻號(hào)比黃色的參考信 號(hào)，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，陳福深，"采用可調(diào)諧激光器提高光纖延遲線精度的研究"，激光技術(shù)(laser technology) ，Vo131， No. 1,47-53， 20074. 場俊杰，肖石林，"光緩存Sfig研究，，艦訊技術(shù)，Vol 12,42^42005.5. 向建英，周東，"基于光纖環(huán)的光緩存器"，光纖與電^m其細(xì)獄，Vd3,17-20， 20066. 杜書，陳福深，"驗(yàn)可調(diào)光Eifi^技術(shù)研究'，光纖與電^敬其頓技術(shù)，Vdl， 3943， 20077. 李正，孫雨南，"應(yīng)用在相控陣?yán)走_(dá)上的光學(xué)實(shí)時(shí)延遲線"，光學(xué)技術(shù)， Vol32No3,381-388,2006.8. 張穎，蔣躍，劉敏，"用于雷達(dá)信號(hào)處理的連續(xù)可調(diào)聲光延遲線"，現(xiàn)代雷達(dá)，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權(quán)利要求
1、一種自泵浦延遲可調(diào)光脈沖群速延遲器，其特征在于該延遲器包括一個(gè)平移臺(tái)，位于平移臺(tái)前方入射方向上、輸入端口后設(shè)置有一個(gè)聚焦透鏡，平移臺(tái)上設(shè)置有非線性介質(zhì)，位于平移臺(tái)后方出射方向上、輸出端口前設(shè)置有一個(gè)小孔光闌構(gòu)成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1皿的自泵浦延遲可調(diào)光脈沖群速EM器，，征在于平移臺(tái)為機(jī)動(dòng)或手 動(dòng)移動(dòng)式平移臺(tái)。
3 、根據(jù)權(quán)利要求1或2戶艦的自泵浦延遲可調(diào)光脈沖群速M(fèi)ifi器，賺征在于對(duì)于單艦 的低空間頻率部分的，。
全文摘要
一種自泵浦延遲可調(diào)光脈沖群速延遲器。解決現(xiàn)有大可調(diào)范圍群速延遲器對(duì)條件要求比較苛刻，比如超低溫環(huán)境，獨(dú)立的泵浦光源等問題。本發(fā)明延遲器包括一個(gè)平移臺(tái)，位于平移臺(tái)前方入射方向上的聚焦透鏡，平移臺(tái)上的非線性介質(zhì)，及位于平移臺(tái)后方出射方向上的小孔光闌構(gòu)成。本發(fā)明對(duì)于光束的低空間頻率部分產(chǎn)生延遲，通過非線性介質(zhì)的色散，自泵浦即可達(dá)到要求，不需額外的泵浦源。由于是通過調(diào)節(jié)介質(zhì)位置連續(xù)調(diào)節(jié)其色散，所以延遲連續(xù)可調(diào)。低空間頻率的光既可以產(chǎn)生減慢效應(yīng)，也可以產(chǎn)生加快效應(yīng)，這樣就可以產(chǎn)生以往常規(guī)方法所不能產(chǎn)生的群速加快結(jié)果，其功能相當(dāng)于使被延時(shí)的信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間上的提前量，拓展了延遲器的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G02B6/28GK101266320SQ20071015117
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者張國權(quán), 方 薄, 許京軍, 峰 高 申請(qǐng)人:南開大學(xué)