基于色散器件级联的微波光子带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于色散器件级联的微波光子带通滤波器，它包括：光源（1）、隔离器（2）、相位调制器（3）、环形器（4）、光栅一（5）、掺铒光纤（6）、光栅二（7）、波分复用器（8）、980nm或1480nm泵源（9）、单模光纤（10）和光电探测器（11）。相对于其它微波光子滤波器，本发明具有结构简单，成本低，可实现调谐、窄带和高频率选择性的功能。本发明采用的光纤光栅为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅，通过调节光栅的波长使之与光源的波长相匹配实现可调谐的功能。
【专利说明】基于色散器件级联的微波光子带通滤波器
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤通信和信号处理领域，具体地说，涉及在光域直接对微波信号进行处理。
【背景技术】
[0002]光波分复用技术与掺铒光纤放大器的出现，使得光纤通信得到了迅速的发展。光纤通信除了具有损耗低，抗电磁干扰和带宽高的特性，还容易实现在波长上、空间上及偏振上的复用。同时，随着对无线通信容量的需求的不断增加，微波技术也在迅速的发展。以前用于传输微波信号的介质在长距离传输时的损耗很大，而光纤系统具有低损耗、高带宽，很适合用于微波信号的传输和处理。
[0003]光纤技术和微波技术结合在一起成为一个新的研究方向。从理论上说，微波技术和光纤技术理论基础是一样的，都是电磁波的波动理论。理论基础的统一极大的促进了这两个学科的结合，产生了一门新的学科——微波光子学。
[0004]微波光子滤波器是微波光子学的关键技术之一，它是在光域上对射频信号进行处理，解决了电域里处理信号时产生的电子瓶颈。射频信号被调制器调制到光载波上，之后在光域对载有射频信号的光信号进行处理，最后通过光电探测器输出所需的射频信号。
[0005]微波光子滤波器根据抽头个数是否有限可分为有限冲击响应滤波器和无限冲击响应滤波器。无限冲击响应滤波器大部分是基于延迟环的，具有使用元件少和高频率选择性的特性，有限冲击响应滤波器通过增加抽头数目来提高品质因数，但是所需元件较多，成本较高。为了提高品质因数，将无限冲击响应滤波器和有限冲击响应滤波器相级联，这样既可以节省成本，又可以大幅度提高品质因数。
[0006]本发明提出的基于色散器件级联的微波光子滤波器，通过延迟环和单模光纤的级联提高了微波光子滤波器的品质因数，使滤波器具有很高的频率选择性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是实现一种低成本、可调谐、窄带宽、高频率选择性的微波光子带通滤波器结构。
[0008]该发明的技术方案为:
一种基于色散器件级联的微波光子带通滤波器，它包括:光源(I)、隔离器(2)、相位调制器(3)、环形器(4)、光栅一(5)、掺铒光纤(6)、光栅二(7)、波分复用器(8)、980nm或1480nm泵源(9)、单模光纤(10)和光电探测器(11);光源(I)接隔离器(2)的输入端；隔离器(2)的输出端接相位调制器(3)的第一端口 a ;相位调制器(3)的第二端口(b)为射频输入端口 ；相位调制器(3)的第三端口 c接环形器(4)的第一端口 a;环形器(4)的第二端口b接光栅一(5)的第一端口 a ;光栅一(5)的第二端口 b接掺铒光纤(6)的输入端；掺铒光纤(6)的输出端接光栅二(7)的第一端口 a ;光栅二(7)的第二端口 b接波分复用器(8)的第一端口 a ;波分复用器(8)的第三端口 c接980nm或1480nm泵源(9);环形器(4)的第三端口 C接单模光纤(10)的输入端；单模光纤(10)的输出端接光电探测器(11)的输入端；光电探测器(11)的输出端为射频输出端口。
[0009]基于由所述光栅一(5)和光栅二(7)组成的光栅对的无限冲击响应滤波器与基于单模光纤(10)的有限冲击响应滤波器相级联，光栅对和单模光纤(10)共同作为延迟单元，使滤波器同时具有了窄带特性和高频率选择性。
[0010]所述光栅一(5)和光栅二(7)波长相同，组成光栅对，可同为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅。
[0011]由所述相位调制器(3)调制后的信号经环形器(4)进入光栅一(5)，其中一部分光信号被光栅一(5)反射回来，另一部分光信号透射过光栅一(5)经过掺铒光纤(6)的放大后，由光栅二( 7 )部分反射，经过掺铒光纤(6 )放大后再次进入到光栅一(5 )中，光栅二( 7 )反射回来的光信号透射过光栅一(5 )后经过环形器(4 )输出，形成了脉冲响应的抽头,被光栅一(5)再次反射的光信号再次经过掺铒光纤(6)的放大重复过程，光信号在光栅对之间不停地有效反射产生大量的抽头，从而实现高频率选择性。
所述光源为可调谐激光器、激光器阵列或多波长激光器。
[0012]通过改变光栅一(5)和光栅二(7)的波长与光源的波长相匹配实现可调谐的功倉泛。
[0013]本发明的优点和有益效果:
通过将基于光栅对的无限冲击响应滤波器与基于色散光纤的有限冲击响应滤波器相级联，光栅对和色散光纤共同作为延迟单元，光栅对之间形成大量的抽头，使滤波器具有高频率选择性，通过调节光栅的波长使之与光源的波长相匹配实现可调谐的功能。本发明结构简单，成本低，同时实现了可调谐、窄带和高频率选择性的功能。
[0014]【专利附图】
【附图说明】
图1是本发明实施例1的基于色散器件级联的微波光子带通滤波器结构示意图；
图中:1.光源、2.隔离器、3.相位调制器、4.环形器、5.光栅一、6.掺铒光纤、7.光栅二、8.波分复用器、9.980nm或1480nm泵源、10.单模光纤、11.光电探测器。
[0015]图2为基于光栅对的无限冲击响应滤波器的频率响应图；
图中:g为掺铒光纤6的增益。
[0016]图3为基于色散介质级联的微波光子滤波器的频率响应图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步的具体说明:
实施例1
这种基于色散器件级联的微波光子带通滤波器结构，它包括:光源(I)、隔离器(2)、相位调制器(3)、环形器(4)、光栅一(5)、掺铒光纤(6)、光栅二(7)、波分复用器(8)、980nm或1480nm泵源(9 )、单模光纤(10 )和光电探测器(11)。
[0018]光源(I)接隔离器(2)的输入端；隔离器(2)的输出端接相位调制器(3)的第一端口 a;相位调制器(3)的端口 b为射频输入端口 ；相位调制器(3)的第三端口 c接环形器(4)的第一端口 a ;环形器(4)的第二端口 b接光栅一(5)的第一端口 a ;光栅一(5)的第二端口 b接掺铒光纤(6)的输入端；掺铒光纤(6)的输出端接光栅二(7)的第一端口 a ;光栅二(7)的第二端口 b接波分复用器(8)的第一端口 a ;波分复用器(8)的第三端口 c接980nm或1480nm泵源(9);环形器(4)的第三端口 c接单模光纤(10)的输入端；单模光纤(10)的输出端接光电探测器(11)的输入端；光电探测器(11)的输出端为射频输出端口。
[0019]如附图1所示，由相位调制器(3)调制后的信号经环形器进入光栅一(5)，其中一部分光信号被光栅一(5)反射回来，另一部分光信号透射过光栅一(5)经过掺铒光纤(6)的放大后，由光栅二(7)部分反射，经过掺铒光纤(6)放大后再次进入到光栅一(5)中，经光栅二(7)反射回来的光信号透射过光栅一(5)后经过环形器(4)输出，形成了脉冲响应的抽头，被光栅一(5)再次反射的光信号再次经过掺铒光纤(6)的放大重复过程，光信号在光栅对之间不停地有效反射产生大量的抽头。
这些大量的抽头经环形器(4)的端口 c进入单模光纤(10)，经单模光纤(10)的延时进入到光电探测器(11)，输出所需的射频信号。这些大量的抽头是实现高频率选择性的关键。
[0020]附图2为固定光栅一(5)的反射率R1为1/2，光栅二(7)的反射率R2为I时，改变掺铒光纤(6)的增益g对应的无限冲击响应滤波器的频率响应仿真图，由图中可以看出，此时，得到3dB带宽取的最窄的位置满足条件Si1Ii3 =1。
[0021]附图3 为光源波长分别为 1550.0nm、1550.4nm、1550.8nm、1551.2nm 和 1551.6nm,对应的光栅的反射带宽从1550.0nm到1551.6nm，光栅一(5)和光栅二(7)的反射率根据附图2设定,光栅对之间的光纤长度为0.014m,单模光纤(10)的长度为40km时,对应的微波光子滤波器的频率响应仿真图，可见级联后的微波光子滤波器同时具有了窄带特性和高频率选择性。
【权利要求】
1.一种基于色散器件级联的微波光子带通滤波器，其特征在于:包括:光源(I)、隔离器(2)、相位调制器(3)、环形器(4)、光栅一(5)、掺铒光纤(6)、光栅二(7)、波分复用器(8)、980nm或1480nm泵源(9)、单模光纤(10)和光电探测器(11);光源(I)接隔离器(2)的输入端；隔离器(2)的输出端接相位调制器(3)的第一端口(a);相位调制器(3)的第二端口(b)为射频输入端口 ；相位调制器(3)的第三端口(c)接环形器(4)的第一端口(a);环形器(4)的第二端口(b)接光栅一(5)的第一端口(a);光栅一(5)的第二端口(b)接掺铒光纤(6)的输入端；掺铒光纤(6)的输出端接光栅二(7)的第一端口(a);光栅二(7)的第二端口(b)接波分复用器(8)的第一端口(a);波分复用器(8)的第三端口(c)接980nm或1480nm泵源(9);环形器(4)的第三端口(c)接单模光纤(10)的输入端；单模光纤(10)的输出端接光电探测器(11)的输入端；光电探测器(11)的输出端为射频输出端口。
2.如权利要求1所述的基于色散器件级联的微波光子带通滤波器，其特征在于:基于由所述的光栅一(5)和光栅二(7)组成的光栅对的无限冲击响应滤波器与基于单模光纤(10)的有限冲击响应滤波器相级联，光栅对和单模光纤(10)共同作为延迟单元，使滤波器同时具有了窄带特性和高频率选择性。
3.如权利要求1所述的基于色散器件级联的微波光子带通滤波器，其特征在于:所述的光栅一(5)和光栅二(7)波长相同,且同为均勻光纤光栅或啁啾光纤光栅。
4.如权利要求1所述的基于色散器件级联的微波光子带通滤波器，其特征在于:由所述相位调制器(3 )调制后的光信号经环形器(4)进入光栅一(5 )，其中一部分光信号被光栅一(5)反射回来，另一部分光信号透射过光栅一(5)经过掺铒光纤(6)的放大后，由光栅二(7)部分反射，经过掺铒光纤(6)放大后再次进入到光栅一(5)中，光栅二(7)反射回来的光信号透射过光栅一(5)后经过环形器(4)输出，形成了脉冲响应的抽头，被光栅一(5)再次反射的光信号再次经过掺铒光纤(6 )的放大重复过程,光信号在光栅对之间不停地有效反射产生大量的抽头,从而实现高频率选择性。
5.如权利要求1所述的基于色散器件级联的微波光子带通滤波器，其特征在于:所述光源为可调谐激光器、激光器阵列或多波长激光器。
6.如权利要求1所述的基于色散器件级联的微波光子带通滤波器，其特征在于:通过改变光栅一(5)和光栅二(7)的波长与光源的波长相匹配实现可调谐的功能。
【文档编号】G02F1/01GK103454783SQ201310416644
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】童峥嵘, 张丽丽, 曹晔, 张卫华 申请人:天津理工大学