基于铌酸锂电光效应诱导快慢光的时间隐身研究

Recent research on temporal cloaking has revealed a fascinating approach and technology to hide events rather than objects in the study of optics physics. Thus it has a significant application prospect in secure communication. The key in time cloaking technology is to control precisely the speed and time of the propagating optical signals, in which fast and slow light based on lithium niobate has unique advantage and good features in optical nonlinearity and electro-optical effects. This project will pursue a new time cloaking scheme with an electric control of the light signal speed based on electric-optical effects in LiNbO3 and realize the tunability of the big time gap. Induced by electro-optical effects and independent on the high intensity, the relative large phase shift and dispersion by external electric fields, are to avoid the limit of time gap for the optical nonlinearity. Our research will focus on the technology and principles of time gap with nanosecond magnitude, which make different signal cloaking operations with devices such as modulator practicable. Additionaly, this project will study new mechanism and physical limits of the time cloak and anicloak technology. It is believed that the fast/slow technique based on on-chip lithium niobate device will bring a new approach and technology for temporal cloaking.

时间隐身是光物理研究中近几年兴起的一项令人惊奇的新概念和技术，其对事件的隐身有别于传统的空间隐身，因而在保密通讯安全等方面有着重要的应用前景。时间隐身的核心技术在于光信号传输速度与时间的配合调控，而基于具有优良非线性和电光特性的铌酸锂的快慢光技术有极大的优势，因此时间隐身将为铌酸锂薄膜芯片的片上集成信号处理提供崭新的应用平台。项目拟利用基于铌酸锂电光效应的快慢光的系列性实验成果，提出用电信号确调控光信号的传输速度与时间，以实现可调的大时间间隙, 其优点是可避免由强光信号引起的非线性效应对时间空隙的限制。重点实现纳秒量级以上时间间隙的原理和关键技术，该量级时间间隙容许加入调制器等光器件对信号进行各种隐身操作，并系统研究通讯数据信号的隐身和反隐身技术的新机理及其物理限制因素。相信基于铌酸锂芯片的电光效应诱导快慢光技术必将为时间隐身这一新思想带来全新的技术路径和更广的应用。

时间隐身是光物理研究中近几年兴起的一项令人惊奇的新概念和技术，其对事件的隐身有别于传统的空间隐身，因而在保密通讯安全等方面有着重要的应用前景。时间隐身的核心技术在于光信号传输速度与时间的配合调控，而基于具有优良非线性和电光特性的铌酸锂的快慢光技术有极大的优势，因此时间隐身将为铌酸锂薄膜芯片的片上集成信号处理提供崭新的应用平台。.我们提出在电光光子晶体中，基于快慢光可以实现可调的时间间隙。入射光在透过谱的中心经历反常色散，可以实现快光；远离中心的位置则经历正常色散，可以实现慢光。同时，通过调控外加电压，我们可以实现光从快到慢，或者慢到快的转变。实验上观测到的最大的时间间隙为541 ps，这在实际的时间操作中有很重要的意义。.现有的时间隐身利用了三阶非线性材料，在皮秒~纳秒的时间窗口实现隐身。我们提出了基于铌酸锂高效的二阶非线性效应的时间隐身，将脉冲信号隐藏在一束随机偏振态序列的连续光中。通过设计好的周期性极化铌酸锂和另一束偏振序列匹配的探测光，脉冲信号将会以准相位匹配和频的方式被还原。和频过程的多样性使得信号在传输过程中难以被发现，因此在基于铌酸锂光子集成的通信领域有着很好的应用前景。.综上，我们展示了一种将脉冲信号永久隐藏和按需还原的方案。脉冲将在一个任意长的时间间隔中被隐藏。同时我们还分析了这种隐藏的可靠性。该方案的亮点在于利用了铌酸锂高效的二阶非线性效应。随着近年来铌酸锂薄膜的商业化和低损耗波导的工艺突破，我们可以将这种方案在铌酸锂薄膜上实现，整个过程将会更加高效和完善，从而在片上的通信和信息安全领域表现出更广阔的前景。