射角的最佳值為43.9度，金屬層42的厚度為20nm，Kretschmann組件4的寬度和總厚度不小于Kretschmann組件4入射光波長的1/2。
[0025]作為優(yōu)化，本發(fā)明在第一分束鏡3的下表面鍍有500?600nm高反膜，以減小反饋腔內(nèi)光束的能量損失，提高整個裝置的輸出效率(即輸出信號強度/輸入信號強度)；采用分束比為50:50的分束鏡作為第二分束鏡5，裝置的輸出效率最大，可達40%?50%。
[0026]為使示波器9盡可能完全接收本發(fā)明所還原的弱光信號(即第二分束鏡5的透射光束)，本發(fā)明在第二分束鏡5和示波器9之間的光路上設(shè)置有準直透鏡8。
[0027]本發(fā)明的工作原理和工作過程為:
[0028]從信號源1輸出的信號(帶有強噪聲背景的納秒級脈沖源)作為整個裝置的輸入信號進入偏振控制器2，偏振控制器2用于將輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)門M偏振光(因為只有TM模式的入射光束可以發(fā)生表面等離子體的共振透射增強效應(yīng)，而TE模式的入射光不會發(fā)生該效應(yīng))。
[0029]TM偏振光入射到第一分束鏡3上，第一分束鏡3的透射光束再入射到Kretschmann組件4上，Kretschmann組件4的入射光束在金屬層42和克爾介質(zhì)43的分界面上產(chǎn)生倏逝波(具體的是沿垂直于金屬層42和克爾介質(zhì)43分界面的方向產(chǎn)生倏逝波)，該倏逝波沿金屬層42和克爾介質(zhì)43的分界面?zhèn)鞑r便可激發(fā)表面等離子體，由此導(dǎo)致Kretschmann組件4對其入射光的反射率發(fā)生改變，并且反射系數(shù)為入射光光強的非線性函數(shù)。
[0030]Kretschmann組件4的反射光束再入射到第二分束鏡5上，第二分束鏡5的反射光束入射到第一反射鏡6上，第一反射鏡6的反射光束入射到第二反射鏡7上，第二反射鏡7的反射光束最后再入射到第一分束鏡3上，如此第一分束鏡3、KretSchmann組件4、第二分束鏡5、第一反射鏡6和第二反射鏡7便構(gòu)成了一個反饋腔，將輸入信號還原為弱光信號(即第二分束鏡5的透射光束)，所還原的弱光信號通過準直透鏡8入射到示波器9上，由示波器9檢測。
[0031]評價本發(fā)明提取弱光信號能力的指標有兩個:互相關(guān)度增益(單位:倍)和信噪比增益(單位:dB)，數(shù)值越大，提取弱光信號的性能越好。這兩個指標的計算方法為:
[0032](1)互相關(guān)度增益的計算方法為:
[0033]x =〈純凈信號〉與〈輸出信號〉的互相關(guān)度；
[0034]y =〈純凈信號〉與〈輸入信號〉的互相關(guān)度；
[0035]互相關(guān)度增益=x/y
[0036](2)信噪比增益的計算方法為:
[0037]SNI^i\=20*log(al/a2);
[0038]SN%細= 20*log(cl/c2);
[0039]信噪比增益= SNI^細
[0040]式中al為輸入信號的最大強度;a2為輸入信號的基底強度;cl為輸出信號的最大強度;c2為輸出信號的基底強度。
[0041]下面結(jié)合圖2a和圖2b對本發(fā)明從某一強度噪聲背景下提取弱光信號的能力進行詳細說明(圖2a和圖2b可從示波器上直接顯示)。
[0042]圖2a為本發(fā)明的輸入信號，其中黑色實曲線a為含強噪聲的輸入信號，黑色虛曲線b為未被噪聲污染的純凈信號；圖2b為本發(fā)明的輸出信號，其中黑色實曲線c為所提取的納秒脈沖信號。
[0043]從圖2&和圖213中可知:&1=0.65，&2= 0.54，。1=0.18，。2 = 0.015。
[0044](1)本發(fā)明在輸入圖2a所示的輸入信號后，輸出信號與輸入信號的互相關(guān)度增益= x/y = corr2(b, c)/corr2(b ,a) =0.7796/0.1126 = 6.9236倍。
[0045]注:corrf為將示波器顯示的曲線數(shù)據(jù)(即圖2a和圖2b)讀入matlab軟件后，計算互相關(guān)度的通用指令。
[0046](2)本發(fā)明在輸入圖2a所示的輸入信號后，輸出信號的信噪比增益為:信噪比增益= SN_-SNR?^=20*log(cl/c2)-20*log(al/a2)=20*log(0.18/0.015)-20*log(0.65/
0.54)=45.99dBo
[0047]綜上所述，本發(fā)明的輸出信號與輸入信號的互相關(guān)度增益值較大(可達6倍以上)，輸出信號的信噪比接近50dB ο而傳統(tǒng)的雙穩(wěn)態(tài)共振系統(tǒng)的輸出信號與輸入信號的互相關(guān)度增益值在2倍?3倍，輸出信號的信噪比在10dB?20dB。由此可見，較之傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)共振系統(tǒng)，本發(fā)明在強噪聲背景下提取弱光信號的優(yōu)勢。
【主權(quán)項】
1.基于表面等離子體雙穩(wěn)態(tài)的弱光信號重構(gòu)裝置，包括信號源;其特征在于:還包括偏振控制器和反饋腔;所述偏振控制器設(shè)置在輸入信號的傳播路徑上;所述反饋腔由第一分束鏡、第二分束鏡、第一反射鏡、第二反射鏡和Kretschmann組件構(gòu)成;所述第一分束鏡設(shè)置在偏振控制器的輸出光路上，所述Kretschmann組件設(shè)置在第一分束鏡的透射光路上，所述第二分束鏡設(shè)置在Kretschmann組件的反射光路上，所述第一反射鏡設(shè)置在第二分束鏡的反射光路上，所述第二反射鏡設(shè)置在第一反射鏡的反射光路上，所述第一分束鏡同時位于第二反射鏡的反射光路上;所述第二分束鏡的透射光路上設(shè)置有示波器;所述Kretschmann組件從上至下依次由棱鏡、金屬層和克爾介質(zhì)組成，其中克爾介質(zhì)位于最底層；所述Kretschmann組件的入射光束的入射角為43.6度?44.5度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面等離子體雙穩(wěn)態(tài)的弱光信號重構(gòu)裝置，其特征在于:所述Kr e t s chmann組件的入射光束的入射角為43.9度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于表面等離子體雙穩(wěn)態(tài)的弱光信號重構(gòu)裝置，其特征在于:所述Kretschmann組件的金屬層厚度為20nm，Kretschmann組件的寬度和總厚度不小于Kretschmann組件入射光波長的1/2。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于表面等離子體雙穩(wěn)態(tài)的弱光信號重構(gòu)裝置，其特征在于:所述克爾介質(zhì)為鈉蒸汽。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于表面等離子體雙穩(wěn)態(tài)的弱光信號重構(gòu)裝置，其特征在于:所述第一分束鏡的下表面鍍有500?600nm高反膜。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于表面等離子體雙穩(wěn)態(tài)的弱光信號重構(gòu)裝置，其特征在于:所述第二分束鏡的分束比為50:50。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于表面等離子體雙穩(wěn)態(tài)的弱光信號重構(gòu)裝置，其特征在于:所述第二分束鏡和示波器之間的光路上設(shè)置有準直透鏡。
【專利摘要】本發(fā)明屬于弱光信號重構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于表面等離子體雙穩(wěn)態(tài)的弱光信號重構(gòu)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)無法提取納秒級信號的弊端。該裝置包括信號源、偏振控制器和反饋腔。反饋腔由第一分束鏡、第二分束鏡、第一反射鏡、第二反射鏡和Kretschmann組件構(gòu)成。第一分束鏡設(shè)置在偏振控制器的輸出光路上，Kretschmann組件設(shè)置在第一分束鏡的透射光路上，第二分束鏡設(shè)置在Kretschmann組件的反射光路上，第一反射鏡設(shè)置在第二分束鏡的反射光路上，第二反射鏡設(shè)置在第一反射鏡的反射光路上，第一分束鏡同時位于第二反射鏡的反射光路上。Kretschmann組件的入射光束的入射角為43.6度～44.5度。
【IPC分類】G02B27/56, G02B27/00
【公開號】CN105467611
【申請?zhí)枴緾N201511024099
【發(fā)明人】劉紅軍, 韓靖, 孫啟兵, 黃楠
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月30日