一种超宽调谐范围的单带通微波光子滤波器制造技术

本发明专利技术属于微波光子学技术领域，具体涉及一种基于高非线性光纤受激布里渊散射效应和多泵浦信号的超宽调谐范围的单带通可调谐微波光子滤波器。由激光器、相位调制器、隔离器、N个泵浦源、耦合器、高非线性光纤、环行器、探测器和网络分析仪组成；利用高非线性光纤的受激布里渊散射效应和相位调制器输出信号的相位相反强度相等的特点，通过高非线性光纤的受激布里渊散射效应对相位调制器输出的一阶上边带进行增强或减弱，打破相位调制器输出信号一阶上下边带的强度平衡，从而实现需要频率的信号被滤波输出。通过合理增加泵浦信号的数量，利用高频泵浦信号引起的受激布里渊增益抵消低频泵浦信号引起的受激布里渊损耗，增加滤波器的调谐范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微波光子学
，具体涉及一种基于高非线性光纤受激布里渊散射效应和多泵浦信号的超宽调谐范围的单带通可调谐微波光子滤波器。
技术介绍
微波光子滤波器是利用光学器件处理微波信号并达到滤波功能的光学子系统，与传统的电滤波器相比，具有低损耗、宽带宽、抗电磁干扰、可调谐、可重构并且能处理高速信号等优点。在未来的光纤无线传输(RoF)系统中，微波光子滤波器可以用来进行信道抑制或信道选择。目前研究比较广泛的微波光子滤波器是周期频谱输出的滤波器，由于周期性的输出使得滤波器的调谐范围受到限制，一种单通输出的滤波器的研究具有更为广泛的意义。已报道的单带通滤波器的调谐范围是受激布里渊频移量的两倍，约为22GHz。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于受激布里渊散射效应和多泵浦信号的超宽调谐范围的单带通可调谐微波光子滤波器。本专利技术所述的宽调谐范围的单带通微波光子滤波器的结构如图1所示，由激光器、相位调制器、隔离器、N个泵浦源(泵浦信号1、泵浦信号2、……、泵浦信号N)、耦合器、高非线性光纤、环行器、探测器和网络分析仪组成；利用高非线性光纤的受激布里渊散射效应和相位调制器输出信号的相位相反强度相等的特点 ，通过高非线性光纤的受激布里渊散射效应对相位调制器输出的一阶上边带进行增强或减弱，打破相位调制器输出信号一阶上下边带的强度平衡，从而实现需要频率的信号被滤波输出。激光器输出频率为f。的光信号作为光载波；由网络分析仪输出的包含频率fm及fn+2NfB信号在内的具有一定频带宽度的待滤波的小幅微波信号通过相位调制器加载到光载波上，经相位调制器后输出的相位相反、强度相等的一系列一阶上边带和下边带信号经隔离器进入到高非线性光纤中；fB为高非线性光纤受激布里渊频移量，频率为fm的微波信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号的频率为f；+fm，下边带信号的频率为f>fm ;频率为fm+2NfB的微波信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号的频率为f；+fm+2NfB，下边带信号的频率为f「fm+2NfB。第一泵浦源光信号的频率为fpl，第N泵浦源光信号的频率为fpl+2(N_l)fB，N个泵浦源的光信号经耦合器后再经环行器输入到高非线性光纤，作为高非线性光纤受激布里渊散射的泵浦光。当fe+fm_fpl = ±fB时，乙信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号fe+fm和下边带信号f>fm的强度不再相等，就可以探测得到频率为fm的微波信号；当一阶上边带信号f；+fm被增强时，fm+2NfB信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号f；+fm+2NfB则被减弱，就可以探测到频率为fm+2NfB的微波信号，从而实现了微波光子滤波器从频率fm到频率fm+2NfB的超宽调谐，调谐范围为2NfB。在高非线性光纤中，由于N个泵浦信号的频率间隔均为高非线性光纤受激布里渊频移量的两倍，除了泵浦信号I引起的布里渊增益和泵浦信号N引起的布里渊损耗以外，其它的增益和损耗均相互抵消，因此，只有比泵浦信号I的频率fpl低fB或者比泵浦信号N的频率fpl+2(N-l)fB高fB的由相位调制器输出的频率为f；+fm的一阶上边带才能被增强或被减弱，然后通过环行器被探测器光电转换，尽管比泵浦信号I的频率低4或者比泵浦信号N的频率高fB的待滤波的微波信号经相位调制器输出的一阶上、下边带的相位相反，但是经过高非线性光纤处理之后一阶上边带的信号已经被加强或被减弱，即两个边带的强度不再相等，因此，比泵浦信号I的频率低&或者比泵浦信号N的频率高&的由网络分析仪输出的待滤波的微波信号能被探测器探测出来，送入网络分析仪中，能测试到该频率的信号输出。通过调整泵浦信号I至泵浦信号N的频率，则输出的微波信号的频率将发生变化，从而实现微波光子滤波器输出的频率在一定范围内可以调谐。本专利技术选用波长为1550nm的激光器作载波光源,相位调制器工作的光波长为1525nm 1605nm，带宽为32GHz ;网络分析仪的频率范围为40M 40GHz ;探测器探测带宽为35GHz ;高非线性光纤的受激布里渊增益线宽为ΓΒ=30ΜΗζ，布里渊频移量fB=llGHz，长度为1000米，增益和损耗 峰值为5dB ;隔离器的隔离度大于40dB。选用两个泵浦信号的情况，由于泵浦信号和1550nm光载波的频率间隔为待输出信号的频率和受激布里渊频移之和，要想实现IGHz到32GHz滤波器通带频率调谐，则泵浦信号I的波长为1549.90384nm到1549.65548nm,泵浦信号2的波长为1549.72758nm到1549.47927nm。当泵浦信号I和泵浦信号2的波长分别取1549.90384nm和1549.72758nm时，微波光子滤波器输出的频率为1GHz，减小泵浦信号I和泵浦信号2的波长，保证这两个波长等价的频率间隔为22GHz，则微波光子滤波器输出的频率增加，当两个泵浦信号的频率分别为1549.65548nm和1549.47927nm时，微波光子滤波器输出的频率为32GHz。即微波光子滤波器的频率的调谐范围为IGHz 32GHz。如果相位调制器、探测器和网络分析仪的带宽足够宽，就可以选用3个甚至更多的泵浦信号，以实现微波光子滤波器超宽频率范围输出。受激布里渊散射是发生在光纤内的一种非线性过程，由于电致伸缩效应，泵浦信号会引起光纤产生声波，该声波对光纤的折射率周期调制，形成光栅结构。泵浦信号通过该光栅时，由于光栅的布喇格衍射，使泵浦信号后向散射产生斯托克斯光。一旦泵浦信号达到布里渊散射阈值，受激布里渊散射将把大部分的泵浦信号功率转换为后向传输的斯托克斯光，泵浦信号与斯托克斯光的频率差叫布里渊频移量fB。当两个频差恰好为布里渊频移量的光波(指的是泵浦信号和一阶上边带信号)相向入射到光纤，就会发生布里渊放大，低频光将获得增益，高频光将被衰减，高频光能量不断地被转移到低频光上。对于小信号相位调制，其调制后的输出频谱如图2所示，图2中f。为光载波频率，fm为网络分析仪输出的多个信号中某一个信号的频率，经相位调制器输出频率为f；+fm的一阶上边带信号和频率为f>fm的一阶下边带信号，从图2中可看出，经过相位调制得到的一阶上、下两个边带信号强度大小相等，相位相反，这时如果进行光电探测，则无法探测到频率为fm的信号。如果将相位调制的输出信号输入到高非线性光纤中，使其与高非线性光纤的受激布里渊散射效应相结合，当相位调制输出信号的一阶上边带的频率与泵浦信号fpl的频率差为±fB时(fe+fm-fpl = ±fB)，则其将被减弱或者增强，此时一阶上、下边带的强度不再相等，就可以探测得到频率为fm的微波信号，如图3所示。当频率为fm的信号调制后的一阶上边带f；+fm被增强时，频率为fm+2fB(fm+2fB也是网络分析仪输出的某一个信号的频率)的信号调制后的一阶上边带f；+fm+2fB正好被减弱，就可以探测得到频率为fm+2fB的微波信号，即频率差为2fB的信号将同时会被探测输出，此时微波光子滤波器的频率调谐范围为2fB。为了增加滤波器的调谐范围，本专利技术所述的微波光子滤波器引入N个泵浦信号，首先以两个泵浦信号为例，如图4所示，用第二个泵浦信号fp2引起的受激布里渊增益抵消掉第一个泵浦信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽调谐范围的单带通微波光子滤波器，其特征在于：1)由激光器、相位调制器、隔离器、N个泵浦源、耦合器、高非线性光纤、环行器、探测器和网络分析仪组成；2)激光器输出频率为fc的光信号作为光载波；由网络分析仪输出的包含频率fm及fm+2NfB信号在内的具有一定频带宽度的待滤波的小幅微波信号通过相位调制器加载到光载波上，经相位调制器后输出的相位相反、强度相等的一系列一阶上边带和下边带信号经隔离器进入到高非线性光纤中；fB为高非线性光纤受激布里渊频移量，频率为fm的微波信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号的频率为fc+fm，下边带信号的频率为fc?fm；频率为fm+2NfB的微波信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号的频率为fc+fm+2NfB，下边带信号的频率为fc?fm+2NfB；3)第一泵浦源光信号的频率为fp1，第N泵浦源光信号的频率为fp1+2(N?1)fB，N个泵浦源的光信号经耦合器后再经环行器输入到高非线性光纤，作为高非线性光纤受激布里渊散射的泵浦光；4)当fc+fm?fp1＝±fB时，fm信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号fc+fm和下边带信号fc?fm的强度不再相等，就可以探测得到频率为fm的微波信号；当一阶上边带信号fc+fm被增强时，fm+2NfB信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号fc+fm+2NfB则被减弱，就可以探测到频率为fm+2NfB的微波信号，从而实现了微波光子滤波器从频率fm到频率fm+2NfB的宽调谐，调谐范围为2NfB。...

【技术特征摘要】
1.一种宽调谐范围的单带通微波光子滤波器，其特征在于: 1)由激光器、相位调制器、隔离器、N个泵浦源、耦合器、高非线性光纤、环行器、探测器和网络分析仪组成； 2)激光器输出频率为f。的光信号作为光载波；由网络分析仪输出的包含频率fm及fm+2NfB信号在内的具有一定频带宽度的待滤波的小幅微波信号通过相位调制器加载到光载波上，经相位调制器后输出的相位相反、强度相等的一系列一阶上边带和下边带信号经隔离器进入到高非线性光纤中；fB为高非线性光纤受激布里渊频移量，频率为fm的微波信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号的频率为f；+fm，下边带信号的频率为f>fm ;频率为fm+2NfB的微波信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号的频率为f；+fm+2NfB，下边带信号的频率为f「fm+2NfB ； 3)第一泵浦源光信号的频率为fpl，第N泵浦源光信号的频率为fpl+2(N-l)fB，N个泵浦源的光信号经耦合器后再经环行器输入到高非线性光纤，作为高非线性光纤受激布里渊散射的泵浦光； 4)当f；+fm-fpl= ±fB时，乙信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号f；+fm和下边带信号f>fm的强度不 再相等，就可以探测得到频率为fm的微波信号；当一阶上边带信号f；+fm被增强时，fm+2NfB信号经相位调制器后输出的一阶上边带信号f；+fm+2NfB则被减弱，就可以探测到频率为fm+2NfB的微波信号，从而实现了微波光子滤波器从频率fm到频率fm+2NfB的宽调谐，调谐范围为2NfB。2.按权利要求1所述的一种宽调谐范围的单带通微波光子滤波器，其特征在于:选用波长为1550nm的激光器作载波光源,相位调制器工作的光波长为1525nm 1605nm,带宽为32GHz ;网络分析仪的频率范围为40M 40GHz ;探测器探测带宽为35GHz ;高非线性光纤的受激布里渊增益线宽为ΓΒ=30ΜΗζ，布里渊频移量fB=lIGHz，长度为1000米，增益和损耗峰值为5dB ;隔尚器的隔尚度大于40dB。3.按权利要求2所述的一种宽调谐范围的单带通微波光子滤波器，其特征在于:以激光器输出的光为载波，经强度调制器1、光滤波器1、强度调制器2、光滤波器2和强度调制器3处理后得到2个泵浦信...

【专利技术属性】
技术研发人员：董玮，陈维友，张歆东，刘彩霞，阮圣平，周敬然，郭文滨，沈亮，肖永川，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
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