一种顶部平坦的矩形可调谐微波光子滤波器制造技术

一种基于可调谐光滤波器和光纤布拉格光栅的顶部平坦的矩形可调谐微波光子滤波器，属于微波光子学技术领域。该系统由可调谐半导体激光器、相位调制器、可调谐光滤波器、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、掺铒光纤放大器、矢量网络分析仪和光电探测器组成，经过光纤布拉格光栅修正后的滤波器频率响应信号为顶部平坦的矩形通带。本发明专利技术通过可调谐光滤波器和光纤布拉格光栅相结合，实现3dB带宽和中心频率可调、可重构的顶部平坦的矩形单通带微波光子滤波器；通过调节中心波长的偏移，可以改变滤波器的3dB带宽；通过改变可调谐光滤波器的带宽，可以实现单通带中心频率的调谐。可以实现单通带中心频率的调谐。可以实现单通带中心频率的调谐。

【技术实现步骤摘要】
一种顶部平坦的矩形可调谐微波光子滤波器


[0001]本专利技术属于微波光子学
，具体涉及一种基于可调谐光滤波器和光纤布拉格光栅的顶部平坦的矩形可调谐微波光子滤波器。

技术介绍

[0002]微波光子滤波器是指利用光电转换将射频信号转换为光信号，再利用光学器件或光学系统完成对光信号的处理过程，其实现的功能与传统的微波滤波器功能相同，根本目标是提高现有微波滤波器的性能，使得它在频率范围、带宽、动态范围、抗干扰等方面获得提升。跟传统的微波滤波器相比，微波光子滤波器具有带宽大、工作频段高、抗电磁干扰能力强的优点。
[0003]单通带滤波器可以有效地从无用信号中提取有用信号。这种带宽可调、中心频率可调的单通带可重构微波光子滤波器在各种应用中显示出巨大的潜力。典型的技术是利用光学延迟线结构和频谱切片，然而，基于离散时间信号处理的滤波器的频率调谐范围有限，使得滤波器的频率响应具有基带响应以及多个谐波通带。实现单通带微波光子滤波器的另一个技术是将相位调制转换到强度调制的光电域映射，例如受激布里渊散射、微环谐振器、法布里
‑
珀罗腔、光纤布拉格光栅和可调谐光滤波器。基于此方法的微波光子滤波器性能主要受光谱或滤波器的特性限制。S.Song等人基于一对级联的微环谐振器，通过实验实现了形状因子为1.78的可调谐微波光子滤波器(S.Song,S.X.Chew,X.Yi,L.Nguyen,and R.A.Minasian,“Tunable single
‑
passband microwave photonic filter based on integrated optical double notch filter,”J.Lightwave Technol.36(19),4557
–
4564(2018))。L.Xu等人通过控制每个微环谐振器的谐振波长，提出了具有平顶响应的单通带滤波器(L.Xu,J.Hou,H.Tang,Y.Yu,Y.Yu,X.Shu,and X.Zhang,“Silicon
‑
on
‑
insulator
‑
based microwave photonic filter with widely adjustable bandwidth,”Photon.Res.7(2),110
–
115(2019))。F.Jiang等人利用法布里
‑
珀罗半导体光放大器中的非线性效应，实现了具有平顶响应的单通带可调谐微波光子滤波器(F.Jiang,Y.Yu,T.Cao,H.Tang,J.Dong,and X.Zhang,“Flat
‑
top bandpass microwave photonic filter with tunable bandwidth and center frequency based on a Fabry
‑
P
é
rot semiconductor optical amplifier,”Opt.Lett.41(14),3301
–
3304(2016))。F.Jiang等人通过抵消两个频率响应，实现了形状因子为3.5的可调谐微波光子滤波器(F.Jiang,Y.Yu,H.Tang,L.Xu,and X.Zhang,“Tunable bandpass microwave photonic filter with ultrahigh stopband attenuation and skirt selectivity,”Opt.Express 24(16),18655
–
18663(2016))。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于可调谐光滤波器和光纤布拉格光栅的顶部平坦的矩形可调谐微波光子滤波器。
[0005]本专利技术所述的顶部平坦的矩形可调谐微波光子滤波器的结构如图1所示，由可调
谐半导体激光器、相位调制器、可调谐光滤波器、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、掺铒光纤放大器、光电探测器和矢量网络分析仪组成。
[0006]可调谐半导体激光器输出的光载波被矢量网络分析仪输出的电信号经相位调制器调制，形成上下边带幅度相等、相位相反的相位调制信号，相位调制信号首先经过可调谐光滤波器对上下边带进行非对称滤波，再经过第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅，相位调制信号的幅度包络被整形为矩形，经掺铒光纤放大器放大后输入到光电探测器中，经光电探测器光电转换之后输入到矢量网络分析仪中，由矢量网络分析仪测得微波光子滤波器的频率响应信号；由于落在可调谐光滤波器传输光谱边沿处的残留相位调制信号被两个光纤布拉格光栅滤掉，修正后的相位调制信号幅度包络为矩形，因此矢量网络分析仪测得的微波光子滤波器的频率响应信号为矩形。由于相位调制信号经过了三次滤波，即经过了可调谐光滤波器、第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅，增加了过滤信号的幅度平坦性，因此，经过光纤布拉格光栅修正后的滤波器频率响应信号为顶部平坦的矩形通带。
[0007]图2(a)为未加入光纤布拉格光栅的相位调制信号光谱和射频域频率响应示意图。如图2(a)所示，可调谐半导体激光器输出角频率为ω
c
的光载波，矢量网络分析仪输出角频率为ω
m
的待滤波的小幅扫频电信号(ω
m
角频率变化)，这些具有一定频带宽度的待滤波的小幅扫频信号通过相位调制器加载到光载波上，经相位调制器调制后输出相位相反、幅度相等的上边带信号和下边带信号，调制后的上边带和下边带信号送入可调谐光滤波器(图2(a)中的“梯形”信号即为可调谐光滤波器的传输光谱)对上边带信号和下边带信号进行非对称滤波，滤除了一部分边带并打破了相位调制上下边带信号的幅度平衡，使一部分对称的上下边带信号变成相位相反、幅度不相等，经掺铒光纤放大器放大后的相位调制信号经光电探测器进行光电转换，由于系统中使用的是平衡光电探测器，幅度相等、相位相反的光信号(图2(a)中虚线框内的信号)经光电转换后为直流信号，而幅度不相等、相位相反的上下边带信号和滤波后的上边带信号(图2(a)中的灰色部分)经光电转换后输入到矢量网络分析仪中，得到滤波器的频率响应信号，如图2(b)的射频域频率响应所示。由于可调谐光滤波器的传输光频不是矩形，边沿下降不陡峭，因此落在可调谐光滤波器传输光谱边沿上的相位调制信号不能被完全滤除，这部分调制信号的幅度被衰减，经过光电探测器后可以被探测出来，因此由矢量网络分析仪显示的频率响应的通带边沿下降不陡峭。
[0008]图2(b)为本专利技术所述的加入了光纤布拉格光栅的相位调制信号光谱和射频域频率响应示意图。如图2(b)所示，可调谐半导体激光器输出角频率为ω
c
的光载波，矢量网络分析仪输出角频率为ω
m
的待滤波的小幅扫频信号(ω
m
角频率变化)，这些具有一定频带宽度的待滤波的小幅扫频信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种顶部平坦的矩形可调谐微波光子滤波器，其特征在于：由可调谐半导体激光器、相位调制器、可调谐光滤波器、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、掺铒光纤放大器、光电探测器和矢量网络分析仪组成；可调谐半导体激光器输出的光载波被矢量网络分析仪输出的电信号经相位调制器调制，形成上下边带幅度相等、相位相反的相位调制信号，相位调制信号首先经过可调谐光滤波器对上下边带进行非对称滤波，再经过第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅，相位调制信号的幅度包络被整形为矩形，经掺铒光纤放大器放大后输入到光电探测器中，经光电探测器光电转换之后输入到矢量网络分析仪中，由矢量网络分析仪测得微波光子滤波器的频率响应信号为顶部平坦的矩形通带。2.如权利要求1所述的一种顶部平坦的矩形可调谐微波光子滤波器，其特征在于：可调谐半导体激光器输出角频率为ω
c
的光载波，矢量网络分析仪输出角频率为ω
m
的待滤波的小幅扫频信号，这些具有一定频带宽度的待滤波的小幅扫频信号通过相位调制器加载到光载波上，经相位调制器调制后输出相位相反、幅度相等的上边带和下边带信号，调制后的上边带和下边带信号送入可调谐光滤波器对两个边带进行非对称滤波，滤掉了部分下边带，打破了相位调制上下边带信号的幅度平衡，使一部分对称的上下边带信号变成相位相反、幅度不相等，滤波后的相位调制信号经过两个光纤布拉格光栅，将落在可调谐光滤波器传输光谱边沿上的残留相位调制信号滤除，滤波后的相位调制信号幅度包络将被修正为矩形，然后相位调制信号进入掺铒光纤放大器，放大后经光电探测器光电转换，输入到矢量网络分析仪中显示滤波器的频率响应信为顶部平坦的矩形通带。3.如权利要求1或2所述的一种顶部平坦的矩形可调谐微波光子滤波器，其特征在于：对于小信号的调制，只考虑相位调制信号的一阶边带，忽略高阶边带。相位调制后的光场可以描述为，其中E0是可调谐半导体激光器发射的光载波幅度，J
n
(m)为n阶第一类贝塞尔函数(n＝0,
±
1)，m＝πV/V
π
是相位调制指数。ω
m
是输入电信号的角频率，ω
c
是光载...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琪，方欣宇，江虹，邵向鑫，董吉哲，侯云海，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：