一种多功能光学时域隐身及事件编辑的实现方法及装置.pdf

本发明提供了一种多功能光学时域隐身及事件编辑的实现方法及其装置，属于光通信和光电子器件领域。本发明克服了现有光学时域隐身斗篷结构复杂、操作过程繁复、需要特殊器件的缺点，采用了时域分割和回填的新方法来实现时域光学隐身斗篷，实现机制简单。并且除隐身外，还实现了事件的删除和重写等其它功能，并可灵活地在不同功能间进行切换。在实现上，采用光开关、调制器等光通信中普遍使用的器件构成，大大降低了系统的复杂度和实现成本，并且可以免除对于高功率器件的依赖，因而具有很强的实际可操作性。

权利要求书
1.  一种光学时域隐身及事件编辑的实现方法，具体如下：
探测光经过一个时域分割单元分成两路光，第一路光在设定的隐身时段内形成一个时域 的“空洞”后通过特定事件，“空洞”外时段上的光场将会受到特定事件的影响而产生变化，而 “空洞”处的时间段上由于探测光的功率为零，因而将不会受到特定事件的影响；第二路光则 只在设定的隐身时间段上有光功率，即为一个脉宽等于隐身时段长度的脉冲；通过对第二路 光施加指定操作后，与第一路光进行组合，可实现时域隐身、事件删除或者重写功能。

2.  根据权利要求1所述的光学时域隐身及事件编辑的实现方法，其特征在于，具体通过 以下方法实现相应功能：
A.第二路光保持不变，经过一个时域回填单元直接与通过特定事件的那一路光进行组合， 即使用未受特定事件影响的光将探测光场的“空洞”填补起来，最后输出的光将实现对特定事 件进行隐身的功能；
B.将第二路光通过一个剧情发生器进行指定变换，生成一个伪造的事件即剧情，再与经 过被测事件的第一路光通过时域回填单元进行组合，将编辑好的剧情回填入“空洞”处，最后 输出的探测光将实现对特定事件进行重写的功能；
C.将第二路光的光功率抑制到零，再与第一路光进行组合，则系统的最终输出结果将实 现对特定事件的删除功能；
D.输入的探测光不经历时域分割，直接通过特定事件后输出，即将时域分割单元和时域 回填单元同时关闭，则系统将实现未经历隐身的输出，此时系统处于不工作状态。

3.  一种权利要求1所述的光学时域隐身及事件编辑方法的实现装置，包括3端口的时域 分割单元、幅度调制器、两个可调延时线及时域回填单元，所述时域分割单元将探测光分成 两路输出，其中第一路输出光在设定的隐身时段内形成一个时域上光功率为零的“空洞”，第 二路输出光只在设定的隐身时间段上有光功率；第一路输出光依次经过待隐身事件、可调延 时线，与依次经过幅度调制器、另一个可调延时线的第二路光在时域回填单元内合成处理后 的探测光并输出；将事先编辑好的剧情信息输入至幅度调制器即可实现对被探测事件的时域 隐身、事件删除或重写功能。

4.  如权利要求3所述的光学时域隐身及事件编辑方法实现装置的控制方法，具体如下：
E.关闭幅度调制器的剧情输入口，幅度调制器将不对第二路光进行调制，第二路的光场 保持输入状态不变；此时，装置工作于隐身状态，最后时域回填单元输出的结果实现对设定 事件的隐身；
F.打开幅度调制器的剧情输入口，装置工作于重写状态，幅度调制器将在第二路光的持 续时段上将事先设计好的剧情写入，最后时域回填单元输出的结果实现伪造的剧情信息对设 定事件的重写；
G.将幅度调制器调节到对第二路光的光功率进行抑制的状态，则装置将处于删除功能， 最后时域回填单元输出的结果实现对设定事件的删除；
H.切换时域分割单元的工作状态，使探测光在整个时间段上都从第一路光的那一端口输 出，而时域分割单元的第二路光的输出端口没有光输出；探测光在整个时段上受到待隐身事 件的影响，最后经时域回填单元输出的光将是未隐身的探测光，此时系统处于不工作的状态。

5.  根据权利要求3所述的光学时域隐身及事件编辑方法的实现装置，其特征在于，所述 时域分割单元为一个1×2光开关。

6.  根据权利要求5所述的光学时域隐身及事件编辑方法的实现装置，其特征在于，所述 时域回填单元为合束器。

说明书一种多功能光学时域隐身及事件编辑的实现方法及装置
技术领域
本发明属于光通信及光电子器件领域，特别涉及一种多功能光学时域隐身及事件编辑的 实现方法和装置。
背景技术
隐身斗篷由于概念的新奇及其在视觉成像、电磁传输等方面的重要应用，不仅一直是科 幻小说、影视剧中的神奇道具，而且自其概念提出就立即成为电磁学领域的研究热点。近年 来研究较多的空间域的隐身斗篷，指的是人工制作的某种覆盖物或者包裹物，其作用是使被 覆盖或包裹的空间内的物体对一定波段的探测电磁波隐身。
而最近出现的时域隐身斗篷的概念则与传统意义上的空域隐身斗篷有所不同。它指的是 某种特殊的时域电磁变换系统，探测电磁场在经过该系统时只能感知到某段设定的时间之外 系统中发生的事件，而对于这段时间内系统中发生的事件则无法探测。由此可见，与空域上 的隐身斗篷相比，这种时域隐身斗篷更加适合于对特定事件的隐藏。目前对于时域隐身斗篷 的研究主要集中在光学频段。使用这种光学时域隐身斗篷，可以在大多数时间内不隐身，让 对方探测到一些无关紧要的信息，而在需要采取重大行动的时间段内让对方探测不到，使得 各种重要信息得到有效的隐藏，从而让对手受到麻痹，使我方的行动达到出其不意的效果。
2012年，美国康奈尔大学的研究小组首次通过实验报道了时域隐身斗篷的实现方法；但 该方案中用到了十分复杂的非线性光学效应，需要用到一些特殊的高功率器件，使得它在实 际应用中难以实现，且成本较高。2013年，美国普渡大学的研究者将这种隐身斗篷用于对光 通信中信号的隐身；此方案用到了较多的器件，造成整个装置的结构非常复杂；另外，由于 大量用到了光纤，使得系统的尺寸较大，并且不利于集成。目前，对时域隐身斗篷的研究仍 处于起步阶段，理论尚不成熟，实际应用上还存在着装置结构过于复杂、实现成本过高、操 作过程繁琐、功能单一等缺点，尚需进行更深入的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有光学时域隐身斗篷中，结构复杂、操作过程繁 复、需要特殊器件的缺点，利用光通信中的常见设备，提供一种实现光学时域隐身斗篷的新 方法，使得系统结构简单、便于操作、实现成本低，并开发了其作为事件编辑器的多种系统 功能，且实现了不同功能之间的切换。
本发明提供一种光学时域隐身及事件编辑的实现方法，其原理如图1所示，具体如下：
探测光经过一个时域分割器件分成两路光，第一路光在设定的隐身时段内形成一个时域 的“空洞”后通过特定事件即待隐身事件。“空洞”外时段上的光场将会受到特定事件的影响而 产生某种变化(如调制)，而“空洞”处的时间段上由于探测光的功率为零，因而将不会受到特 定事件的影响；
第二路光则只在设定的隐身时间段上有光功率，其为一个脉宽等于隐身时段长度的脉冲。 通过对第二路光施加指定操作后，再与第一路光进行组合，可使系统实现时域隐身、事件删 除或者重写的功能。
本发明还提供一种实现所述光学时域隐身及事件编辑的装置，其结构如图2所示，包括 3端口的时域分割单元、幅度调制器、两个可调延时线及时域回填单元，所述时域分割单元 将探测光分成两路输出，其中第一路输出光在设定的隐身时段内形成一个时域上光功率为零 的“空洞”，第二路输出光只在设定的隐身时间段上有光功率；第一路输出光依次经过待隐身 事件、可调延时线后，与依次经过幅度调制器、另一个可调延时线的第二路光在时域回填单 元内合成处理后的探测光并输出；将事先编辑好的剧情信息输入至幅度调制器即可实现对被 探测事件的时域隐身、事件删除或重写功能。
本发明的有益效果是:
采用了时域分割和回填的新方法来实现时域光学隐身斗篷，实现机制更简单。并且除隐 身外，还实现了事件的删除和重写等其它功能，并可灵活地在不同功能间进行切换。在实现 上，采用光开关、调制器等光通信中普遍使用的器件构成，这大大降低了系统的复杂度和实 现成本，并且可以免除对于高功率器件的依赖，因而具有很强的实际可操作性。
附图说明
图1为本发明中多功能时域光学隐身及事件编辑器的原理图；
图2为本发明中多功能时域光学隐身及事件编辑器的装置图；
图3为仿真得到的部分阶段时域波形；
图4为实施例中仿真得到的第二路光的功率被抑制后的时域波形；
图5为实施例的系统工作在隐身、重写、删除和不工作四种状态下输出的时域波形。
具体实施方式
下面根据附图和实例对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，被时域分割单元分割开的在时域上互补的两路光会经历不同的路径。第一 路光由于时域“空洞”的存在，在设定的隐身时段内将不会受到被测事件的影响；而第二路光 只在隐身时段上具有光功率，对此路光的不同操作，可实现不同功能：
A.若将第二路光保持不变，经过一个时域回填单元直接与通过被测事件的那一路光进行 组合，也就是使用未受被测事件影响的光将探测光场的“空洞”填补起来，最后输出的光将实 现对特定事件进行隐身的功能，如图1a所示。
B.若将第二路光通过一个剧情发生器进行某种变换，即生成一个伪造的事件(这里称为 剧情)后，再与第一路光进行组合，于是将编辑好的剧情回填入“空洞”处，最后输出的光将 实现对特定事件进行重写(或称伪造)的功能，如图1b所示。
C.如果将第二路光的光功率抑制到零，再与第一路光进行组合，则系统的最终输出结果 将实现对特定事件的删除功能，如图1c所示。
D.若输入的探测光不经历时域分割，直接通过被测事件后输出，也就是将时域分割单元 和时域回填单元同时关闭，则系统将实现未经历隐身的输出。此时所设计的时域隐身斗篷处 于不工作的状态，如图1d所示。
图2为实现所述光学时域隐身及事件编辑的装置，该装置使用一个1×2光开关作为时域 分割器件，将输入探测光分成两路。从端口2输出的光(第一路光)将经历一个会引起光场 变化的事件，即系统所需要对探测方隐藏的事件。由于第一路光在设定的隐身时间段上存在 一个功率为零的“空洞”，因而该事件不会引起光场的改变。而1×2光开关的端口3输出的光 (第二路光)形成一个宽度等于隐身时段的矩形光脉冲，该脉冲输入至幅度调制器后再输出， 所述幅度调制器由一个事先编辑好的剧情信息驱动。这两路光经可调延时线对准后，通过一 个合束器进行组合形成最后的输出探测光。该装置具体通过以下操作实现功能的切换：
E.关闭幅度调制器的剧情输入口，幅度调制器将不对第二路光进行调制，这一路的光场 保持输入状态不变。此时，装置工作于隐身状态，最后输出的结果将实现对设定事件的隐身。
F.打开幅度调制器的剧情输入口，装置工作于重写状态，幅度调制器将在第二路光的持 续时段上将事先设计好的剧情写入，最后输出的结果将实现伪造的剧情信息对特定事件的重 写。
G.将幅度调制器调节到对第二路光的光功率进行抑制的状态，则系统将处于删除功能， 最后输出的结果会实现对设定事件的删除。
H.切换1×2光开关，使探测光在整个时间段上都从光开关的端口2输出，端口3没有光 输出。探测光将在整个时段上受到事件的影响，最后的输出将是未隐身的结果，此时系统处 于不工作的状态。
实施例
图3给出了仿真得到的本实施例所用装置在各工作阶段的时域波形。图3a和图3b表示 的是连续探测光经1×2光开关进行时域分割后形成的第一路光和第二路光的时域波形；图3c 表示了第一路光经历待隐身事件后的时域波形；图3d表示了第二路光在隐身时段上被编辑上 伪造的剧情后的时域波形；图4则表示第二路光的功率被抑制后的时域波形；图5的5a、5b、 5c、5d则分别表示了系统工作在隐身、重写、删除和不工作四种状态下输出的时域波形。
综上，本发明采用时域分割和回填的方法来实现时域光学隐身斗篷，并给出了其实现装 置，该发明不仅简单、易行，而且可以通过对光开关、调制器等功能部件的简单操控，在时 域隐身之外实现事件的重写、删除等其它功能，并可在不同功能之间进行切换，使时域光学 隐身斗篷和事件编辑器整合成为一体的多功能器件，更具有实用价值和实际可操作性。