一種基于微環(huán)諧振器的時域隱身裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微環(huán)諧振器的時域隱身裝置，包括依次連接的光頻率梳發(fā)生器、微環(huán)諧振器、單模光纖、馬赫曾德爾調(diào)制器和色散補償光纖，與微環(huán)諧振器連接的任意波形發(fā)生器以及與馬赫曾德爾調(diào)制器連接的碼流發(fā)生器；馬赫增德爾調(diào)制器利用調(diào)制電信號對形成了時間缺口的光信號進行調(diào)制并輸出已調(diào)光信號，已調(diào)光信號經(jīng)過所述色散補償光纖縫合時間缺口并恢復光信號，在時域上實現(xiàn)了對信號的隱身。本發(fā)明采用的微環(huán)諧振器相較于時間分割棱鏡來說制作相對簡單，容易實現(xiàn)，因而使結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，實現(xiàn)的隱身效果也明顯；通過調(diào)節(jié)任意波形發(fā)生器與改變單模光纖與色散補償光纖的長度，可以改變隱身的時間段，實現(xiàn)較大的時間段內(nèi)的時域隱身。
【專利說明】—種基于微環(huán)諧振器的時域隱身裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隱身【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種基于微環(huán)諧振器的時域隱身裝置。【背景技術(shù)】
[0002]對于一個物體或事件的存在與發(fā)生，往往都是通過測量探測光與物體或事件中的某一元素相互作用而導致的探測光屬性的變化來檢測的。為了實現(xiàn)空間上的隱身，就需要精確地操縱物體周圍的折射率以使探測光會繞過物體，而不會被物體散射，從而在空間上便形成了一個“洞”，物體上沒有了光相對于觀察者而言物體就被隱藏了，即達到了隱身效果。這種空間隱身技術(shù)通常是使用外部的材料例如負折射材料或是通過對折射率精細地操縱來實現(xiàn)的。
[0003]根據(jù)折射率與色散展寬之間的空間——時間二象性關(guān)系，同樣地，在有限的時間內(nèi)也是有可能實現(xiàn)對已發(fā)生的事件隱身的。時域隱身的概念就是這樣從空間隱身發(fā)展過來的。類似地，在時間上對材料的色散進行精確操縱，以在探測光上產(chǎn)生一個“時間缺口”(即在某一段時間內(nèi)沒有光通過)，使在該段時間內(nèi)發(fā)生的事件被隱藏。這一方法是基于在一段可控制的時間窗口內(nèi)加速探測光束的前面時間段同時使后面的時間段減速，這樣時間缺口就產(chǎn)生了，如果事件正好就發(fā)生在這段時間窗口內(nèi)，則探測光的屬性就不會被該事件以任何方式修改。之后再通過相反地色散操作來縫合時間缺口，探測光就會被恢復成最初的狀態(tài)，這樣探測器將檢測不到探測光屬性的變化，從而檢測不到任何事件的發(fā)生，即在這段時間窗口內(nèi)實現(xiàn)了隱身的效果。
[0004]實現(xiàn)時域隱身的關(guān)鍵性挑戰(zhàn)之一是必須要實現(xiàn)快速的色散變化。目前已有研究人員提出將光纖泵浦到高功率水平以產(chǎn)生與強度有關(guān)的大的折射率改變，進而得到時域隱身所需的條件實現(xiàn)隱身。但是，在這一方法中，在這種高功率下，其它的光學過程例如受激喇曼和布里淵散射將會限制時域隱身效果的產(chǎn)生。
[0005]此外也有人提出通過制作與空間棱鏡(在空間上引入一個二次相位)類似的時間棱鏡，用來在時間上產(chǎn)生一個二次相移。這個時間棱鏡遵循與空間棱鏡類似的棱鏡定律，能在時域上放大或壓縮信號。在這一方案中，需要制作兩個相對應的時間分割棱鏡結(jié)合該時間棱鏡與單模光纖即能得到實現(xiàn)時域隱身所必須的時間缺口，再通過另一相對應的時間棱鏡與色散補償光纖的相反操作縫合時間缺口，即在時域上實現(xiàn)了隱身。不過這種時間分割棱鏡的制作過程復雜、難度大，很難得到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于微環(huán)諧振器的時域隱身裝置，旨在解決現(xiàn)有的隱身技術(shù)隱身效果差、難以實現(xiàn)的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于微環(huán)諧振器的時域隱身裝置，包括依次連接的光頻率梳發(fā)生器、微環(huán)諧振器、單模光纖、馬赫曾德爾調(diào)制器和色散補償光纖，與所述微環(huán)諧振器連接的任意波形發(fā)生器，以及與所述馬赫曾德爾調(diào)制器連接的碼流發(fā)生器；所述光頻率梳發(fā)生器產(chǎn)生梳狀譜光信號；所述任意波形發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒形電信號；在所述鋸齒形電信號的驅(qū)動下，所述微環(huán)諧振器對所述梳狀譜光信號進行濾波后輸出在隱身時間段內(nèi)波長隨時間鋸齒形變化的光信號；所述波長隨時間鋸齒形變化的光信號經(jīng)過所述單模光纖后產(chǎn)生時間缺口并形成了時間缺口的光信號；所述碼流發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制電信號；所述調(diào)制電信號的信息正好落在所述隱身時間段內(nèi)；所述馬赫增德爾調(diào)制器利用所述調(diào)制電信號對所述形成了時間缺口的光信號進行調(diào)制并輸出已調(diào)光信號，所述已調(diào)光信號經(jīng)過所述色散補償光纖縫合時間缺口并恢復光信號，在時域上實現(xiàn)了對信號的隱身。
[0008]更進一步地，所述光頻率梳發(fā)生器產(chǎn)生的所述梳狀譜光信號的每條譜線的幅度相等，每條譜線間的頻率間隔相等。
[0009]更進一步地，所述光頻率梳發(fā)生器為飛秒激光器。
[0010]更進一步地，所述微環(huán)諧振器為基于等離子體色散效應的電調(diào)微環(huán)諧振器。
[0011]更進一步地，所述碼流發(fā)生器產(chǎn)生的電信號與所述任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒形電信號具有相同周期。
[0012]更進一步地，所述馬赫曾德爾調(diào)制器為電吸收調(diào)制器。
[0013]更進一步地，所述單模光纖與所述色散補償光纖引起的色散值相等且反號。
[0014]更進一步地，所述時域隱身裝置還包括:與所述色散補償光纖連接的全光波長轉(zhuǎn)換器。
[0015]本發(fā)明使用了光頻率梳狀譜光信號和微環(huán)諧振器來實現(xiàn)時域隱身，微環(huán)諧振器相較于時間分割棱鏡來說制作相對簡單，容易實現(xiàn)，因而使結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，實現(xiàn)的隱身效果也明顯。此外，通過調(diào)節(jié)任意波形發(fā)生器與改變單模光纖與色散補償光纖的長度，可以改變隱身的時間段，實現(xiàn)較大的時間段內(nèi)的時域隱身。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例提供的基于微環(huán)諧振器的時域隱身裝置的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實施例提供的基于微環(huán)諧振器的時域隱身裝置原理示意圖；(A) (B)
(C)⑶分別表示與圖1中A、B、C、D四點處相對應的光信號的波長隨時間變化的關(guān)系示意圖；
[0018]圖3為微環(huán)諧振器的有效折射率的改變量隨加載在微環(huán)諧振器上的反向偏執(zhí)電壓的變化關(guān)系圖；
[0019]圖4為任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的加載在微環(huán)諧振器上的電信號波形圖；
[0020]圖5為模擬實現(xiàn)時域隱身的過程中各處信號的波長隨時間的分布圖以及信號的波形圖；(a)為由光頻率梳發(fā)生器產(chǎn)生的梳狀譜光信號的波長隨時間的分布圖，(b)、(C)分別為梳狀譜光信號在經(jīng)過微環(huán)諧振器后得到的光信號的波長隨時間的分布圖以及該信號的波形圖，(d)、(e)分別為經(jīng)過單模光纖后得到的光信號的波長隨時間的分布圖以及該信號的波形圖，(f)為碼流發(fā)生器產(chǎn)生的電信號，(g)為經(jīng)過馬赫增德爾調(diào)制器后得到的已調(diào)光信號的波形，(h)、(i)分別為經(jīng)過色散補償光纖之后得到的光信號的波長隨時間的分布圖以及該信號的波形圖。
【具體實施方式】[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]本發(fā)明使用了光頻率梳狀譜光信號和微環(huán)諧振器來實現(xiàn)時域隱身，微環(huán)諧振器相較于時間分割棱鏡來說制作相對簡單，容易實現(xiàn)，因而使結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，實現(xiàn)的隱身效果也明顯。此外，通過調(diào)節(jié)任意波形發(fā)生器與改變單模光纖與色散補償光纖的長度，可以改變隱身的時間段，實現(xiàn)較大的時間段內(nèi)的時域隱身。 [0023]圖1給出了本發(fā)明實施例提供的時域隱身裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；由光頻率梳發(fā)生器I產(chǎn)生梳狀譜光信號，波長隨時間的分布如圖2中的A所示，該梳狀譜光信號的每條譜線的幅度以及譜線間的頻率間隔均相等。由任意波形發(fā)生器3在一定時間內(nèi)t(實現(xiàn)隱身的時間段)產(chǎn)生一個鋸齒形的電信號用來驅(qū)動微環(huán)諧振器2，使得微環(huán)諧振器2的下載端輸出在隱身時間段內(nèi)波長隨時間鋸齒形變化的光信號，該光信號的波長隨時間的分布如圖2中的B所示。然后該波長隨時間鋸齒形變化的光信號再經(jīng)過單模光纖4，在單模光纖4中長波長相對于短波長走的慢，因此長波長的光會比短波長的光產(chǎn)生的延時大，則會導致在中心波長上形成一個時間缺口，即該時間段內(nèi)沒有光，如圖2中的C所示即為得到的形成了時間缺口的光信號的波長隨時間的分布圖。將形成了時間缺口的光信號經(jīng)過馬赫增德爾調(diào)制器5加載信息。加載的調(diào)制電信號是由碼流發(fā)生器6產(chǎn)生。如果加載的調(diào)制電信號正好是在時間缺口 t內(nèi)，則馬赫增德爾調(diào)制器5將不會改變輸入光信號的時域和頻域的屬性，即該調(diào)制信號被隱藏了，而馬赫增德爾調(diào)制器5輸出的已調(diào)光信號的波形與其輸入光信號的波形相同。將馬赫增德爾調(diào)制器5輸出的已調(diào)光信號經(jīng)過色散補償光纖7，色散補償光纖7的作用正好與單模光纖4作用完全相反，在色散補償光纖7中長波長相對于短波長走的快，這將會縫合時間缺口恢復光信號，經(jīng)色散補償光纖7后輸出的光信號的波長隨時間的分布如圖2中的D所示，與經(jīng)過單模光纖4后的光信號一樣，如此即在時域上實現(xiàn)了對信息的隱身。
[0024]在本發(fā)明實施例中，光頻率梳發(fā)生器I產(chǎn)生的梳狀譜光信號的每條譜線的幅度以及譜線間的頻率間隔均相等，其中，光頻率梳發(fā)生器I也可以用諸如飛秒激光器之類的超連續(xù)譜光源代替來產(chǎn)生梳狀譜光信號。例如，光頻率梳發(fā)生器I輸出中心波長為1562nm、譜線條數(shù)為21的梳狀譜光信號，其中每條譜線之間的間隔為500MHz，如圖5(a)所示，波長范圍為1561.959~1562.047nm。將該梳狀譜光信號輸入到微環(huán)諧振器2。
[0025]微環(huán)諧振器2的傳輸特性是可以動態(tài)調(diào)節(jié)的，模擬過程中用到的是基于等離子體色散效應的電調(diào)微環(huán)諧振器，其Q值較高，輸出光對波長很敏感，具有更高的響應速率，其有效折射率的改變量與電壓近似是成線性關(guān)系的。對于微環(huán)諧振器2，有效折射率的改變
與諧振波長移動的關(guān)系表不為-AH0 (I)，對1.55 y m波長的輸入光，由等尚子體色
%
散效應引起的硅的有效折射率改變可表示為:An = -[8.8X10_22X ANe+8.5X IO^18X ( ANh)°_8](2)，式中，A凡和A Nh分別表示電子和空穴的濃度變化，單位為cm_3，與加載的電壓有關(guān)。如圖3所示，給出了有效折射率的改變量與加載的電壓的關(guān)系。由圖3中的曲線可以看出，有效折射率的改變量與電壓近似是成線性關(guān)系的。結(jié)合公式(I)可知，微環(huán)諧振器的諧振波長會隨著加載的電壓線性變化，因此通過調(diào)節(jié)電壓等同于調(diào)節(jié)微環(huán)諧振器的諧振波長，使下載端的輸出光信號的狀態(tài)發(fā)生改變。[0026]由任意波形發(fā)生器3產(chǎn)生如圖4所示的電信號來驅(qū)動微環(huán)諧振器2，圖中給出了兩個時間周期T1和T2分別對應時域隱身系統(tǒng)打開和關(guān)閉時的兩個狀態(tài)，t為將實現(xiàn)時域隱身的時間段。由于微環(huán)諧振器2的諧振波長會隨著驅(qū)動電壓的電壓而改變，從而導致微環(huán)諧振器2的下載端的輸出的光信號的波長會隨時間變化，如圖5(b)所示，從微環(huán)諧振器2的下載端輸出的光信號波形如圖5(c)所示。
[0027]由微環(huán)諧振器2的下載端輸出的光信號再經(jīng)過單模光纖4，一般單模光纖的色散系數(shù)隨著波長的增加而變大，在1561.959~1562.047nm這么小的波長范圍內(nèi)這種變化可近似認為是線性的。單模光纖4與色散補償光纖7起相反地作用，其引起的色散值相等但反號，即D1*L1 = -D2*L2，其中D是色散系數(shù)，L是光纖長度。在單模光纖4中長波長相對于短波長走的慢，即長波長的光會比短波長的光產(chǎn)生的延時差(AT = DLA入，D為色散系數(shù)，L為單模光纖長度，△ \為光源譜寬)大，長波長和短波長會相對于中心波長向兩邊移動。通過改變單模光纖4的長度而調(diào)節(jié)長波長和短波長相對于中心波長的移動量進而得到如圖5(d)所示的波長隨時間的分布圖，其相應的波形如圖5(e)所示，此時在時間段t內(nèi)形成了時間缺口。
[0028]將該形成了時間缺口的光信號再輸入到馬赫增德爾調(diào)制器5中加載信息。調(diào)制電信號是由碼流發(fā)生器6產(chǎn)生，如圖5(f)所示。值得注意的是，碼流發(fā)生器6產(chǎn)生的電信號的周期應與任意波形發(fā)生器3產(chǎn)生的電信號的周期相同，在圖5(f)中時間周期T1和T2上為完全相同的調(diào)制電信號，且該信號正好是落在時間缺口 t內(nèi)。圖5(g)為馬赫增德爾調(diào)制器5輸出的已調(diào)光信號的波形，對比時間周期T1和T2可看出，在時間周期T1內(nèi)調(diào)制信號并沒有改變輸出光信號的波形。其中，馬赫曾德爾調(diào)制器5可以采用電吸收調(diào)制器替代，其響應速度更快，功耗更低。
[0029]最后將已調(diào)光信號經(jīng)過色散補償光纖7。在色散補償光纖7中長波長相對于短波長走的快，即長波長的光會比短波長的光產(chǎn)生的延時差小，長波長和短波長會相對于中心波長向中間移動。色散補償光纖7引入的色散值與單模光纖4引入的色散值相等但反號。這樣色散補償光纖7的作用將正好與單模光纖4的作用完全相反，正好能將時間缺口完全縫合，進而恢復信號，圖5(h)、5(i)分別為經(jīng)過色散補償光纖7之后得到的光信號的波長隨時間的分布圖以及信號的波形圖。由圖5(h)可以看出，經(jīng)過色散補償光纖7之后的光信號的波長隨時間的分布完全恢復到經(jīng)過單模光纖4之后的狀態(tài)。而從信號的波形圖5(i)中則可看出:在時域隱身打開的時間周期T1內(nèi)信號恢復到經(jīng)過單模光纖4之后的狀態(tài)，時域波形上沒有任何變化，即實現(xiàn)了對調(diào)制信號的隱身；而在時域隱身關(guān)閉的時間周期T2內(nèi)即得到了與調(diào)制電信號波形相似的已調(diào)光信號，即沒有實現(xiàn)對調(diào)制信號的隱身。
[0030]在色散補償光纖7后面還可以另外再接一個波長轉(zhuǎn)換器，使最終的輸出光信號恢復為一個單一波長(中心波長)的單色光信號，將能更好地實現(xiàn)隱身效果。
[0031]此外，通過調(diào)節(jié)任意波形發(fā)生器輸出的電信號中t的長度與位置，同時相對應地改變單模光纖與色散補償光纖的長度，可以改變隱身的時間段，實現(xiàn)更大的時間段內(nèi)的時域隱身。
[0032]本發(fā)明提供的基于微環(huán)諧振器的時域隱身裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，易于實現(xiàn)，且時域隱身的效果明顯。另外，該技術(shù)對于推進時間-空間全隱身技術(shù)的發(fā)展具有非常重要的意義。[0033]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于微環(huán)諧振器的時域隱身裝置，其特征在于，包括依次連接的光頻率梳發(fā)生器、微環(huán)諧振器、單模光纖、馬赫曾德爾調(diào)制器和色散補償光纖，與所述微環(huán)諧振器連接的任意波形發(fā)生器，以及與所述馬赫曾德爾調(diào)制器連接的碼流發(fā)生器； 所述光頻率梳發(fā)生器產(chǎn)生梳狀譜光信號；所述任意波形發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒形電信號； 在所述鋸齒形電信號的驅(qū)動下，所述微環(huán)諧振器對所述梳狀譜光信號進行濾波后輸出在隱身時間段內(nèi)波長隨時間鋸齒形變化的光信號； 所述波長隨時間鋸齒形變化的光信號經(jīng)過所述單模光纖后產(chǎn)生時間缺口并形成了時間缺口的光信號； 所述碼流發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制電信號；所述調(diào)制電信號的信息正好落在所述隱身時間段內(nèi)； 所述馬赫增德爾調(diào)制器利用所述調(diào)制電信號對所述形成了時間缺口的光信號進行調(diào)制并輸出已調(diào)光信號，所述已調(diào)光信號經(jīng)過所述色散補償光纖縫合時間缺口并恢復光信號，在時域上實現(xiàn)了對信號的隱身。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時域隱身裝置，其特征在于，所述光頻率梳發(fā)生器產(chǎn)生的所述梳狀譜光信號的每條譜線的幅度相等，每條譜線間的頻率間隔相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的時域隱身裝置，其特征在于，所述光頻率梳發(fā)生器為飛秒激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時域隱身裝置，其特征在于，所述微環(huán)諧振器為基于等離子體色散效應的電調(diào)微環(huán)諧振器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時域隱身裝置，其特征在于，所述碼流發(fā)生器產(chǎn)生的電信號與所述任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒形電信號具有相同周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時域隱身裝置，其特征在于，所述馬赫曾德爾調(diào)制器為電吸收調(diào)制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時域隱身裝置，其特征在于，所述單模光纖與所述色散補償光纖引入的色散值相等且反號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時域隱身裝置，其特征在于，所述時域隱身裝置還包括:與所述色散補償光纖連接的全光波長轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號】G02F2/00GK103631065SQ201210303253
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月24日
【發(fā)明者】董建績, 張新亮, 楊婷, 羅博文, 黃德修 申請人:華中科技大學