高速可调谐微波光子滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波器件技术领域，尤其是一种高速可调谐微波光子滤波器。适用于解决在跳频通信、认识无线电中高频、超高频率微波信号的高速动态信号处理，如高速开关、动态滤波。
【背景技术】
[0002]微波光子滤波器是通过光子系统来实现微波的滤波器，相比传统的微波滤波器，微波光子滤波器具有低损耗、宽带宽、可调谐性大，不受电磁干扰等优势，可以用于高频、超高频率微波的信号处理，适用于雷达、无线电等系统中。同时，随着认知无线电概念的提出，即认知无线电指的是无线电信号可以根据无线电频谱的占有度来自适应地选择空闲频段进行通信，因此快速可调微波光子滤波器逐渐成为人们研宄的热点。
[0003]目前，微波光子滤波器技术主要可以分为两种:一种是有限脉冲响应滤波器(FIR)，一种是基于光相位调制的滤波器。有限脉冲响应滤波器的主要原理是对微波信号的多个副本进行加权、延时叠加来实现。根据光源的不同，有限脉冲响应滤波器又可以分为基于单光源和多波长光源或梳状滤波后的宽带光源两种，前者结构简单、成本低，但是可调谐范围上受到限制，主要用于实现梳状或带通滤波；后者已经可以实现任意的滤波函数。基于光相位调制的微波光子滤波器，是通过结合受激布里渊效应和光滤波器来实现。主要用于产生非周期的超窄带微波光子滤波器。上述两种技术已经实现了微波光子滤波器静态上的多参数可调谐，但是对于动态(或高速)微波光子滤波器技术的发展还处于萌芽阶段。现有的动态微波光子滤波器主要是基于微电机械系统(大于300微秒的切换速度)，以及自然杂志最新报道的基于快速光延时线的系统(大于40纳秒的切换速度)。
[0004]上述微波光子滤波器的方案，主要都是针对静态可调谐微波光子滤波器进行的研宄，尽管高速可调谐的微波光子滤波器的研宄已经开始，但是在基于快速光延时线的方案中是采用的多波长光源(频率梳)来实现的，结构复杂、高速可调性有限，制约了高速动态网络和认知无线电技术的进一步发展。
【发明内容】
[0005]鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种高速可调谐微波光子滤波器。
[0006]本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的:
[0007]一种高速可调谐微波光子滤波器，由光源100，光分路器101，强度调制器102，双驱动马赫曾德尔调制器103，光带通滤波器104，偏振合束器105，光电探测器106构成，其特征在于，光信号经光分路器101分为两支路，支路一由双驱动马赫曾德尔调制器103和光带通滤波器104在微波信号Ae ω t和数字信号的作用下产生相位编码信号Aej [ Θ (t) + ω t]，其中光带通滤波器104用于滤除调制后光信号的一个边带；支路二由强度调制器102将微波信号调制到光信号上；将两路信号由偏振合束器105放在正交的两个偏振态合为一路以避免相干光干涉。
[0008]本发明的高速可调谐微波光子滤波器是基于有限脉冲响应微波光子滤波器提出的。光信号经光分路器101分为两支路，一路由强度调制器102将微波信号调制到光信号上，另外一路由双驱动马赫曾德尔调制器103和光带通滤波器104在微波信号Aeut和数字信号的作用下产生相位编码信号AeW (t)+ut]，其中光带通滤波器104用于滤除调制后光信号的一个边带。为了避免相干光干涉，将两路信号由偏振合束器105放在正交的两个偏振态合为一路。由于电延时的存在，两路信号在光电探测器上拍频时存在时间差(Λ τ)，同时可以通过调节偏振合束器前的偏振控制器来调节两路信号的功率比。在以上条件下，可以实现一个两抽头的高速可调谐的梳状微波光子滤波器，其传输函数为
[0009]Η(ω) = l+eJ0(t).e卞 Δτ
[0010]值得注意的是两路信号的时间差需要小于控制信号的切换时间，此时本发明滤波器的传输函数为三角函数，通过调节两路信号的时间差可以实现本发明滤波函数的自由频谱距离的可调谐，通过调节控制信号的幅度可以控制三角传输函数的相位。若把本发明用于高速微波开关，可去掉光带通滤波器104，采用合适幅度的二进制控制信号，即能实现相位差为180°的两三角函数之间的切换，可应用于波分复用信号的开关或者实现幅度、频率键位调制。
[0011]此外，本发明中并行两条支路都可以采用103所在支路的结构，通过两个任意的相位调制信号在光电探测器上进行拍频，可以实现传输函数的切换可以更加高速多样化。在本发明中，通过正交偏振态来实现103和102支路的非相干叠加，与此同时可以通过多个不同波长光源与双驱动马赫曾德尔调制器103连接来构成多个任意相位调制信号的叠加，然后在光电探测器106之前添加色散介质来产生时延差，从而实现多抽头的高速可调微波光子延时线。
[0012]采用如上的结构，滤波器的传输函数为多路任意相位调制信号叠加产生的可调谐时变函数(即不同的传输函数根据控制信号信息在时间上快速切换)；控制信号可直接加载在光调制器上实现切换控制。
[0013]相比多抽头延时线微波光子滤波器，本发明也是采用的加权、延时、叠加的原理来实现的微波光子滤波函数，在兼容了该类滤波器的可调性的基础上，本发明通过将高速的数字控制信号加载在光调制器上实现滤波传输函数的高速切换。与基于可调光延时线的快速可调微波光子滤波器相比，其最高切换速度仅为毫秒级，本发明是基于调制方式来实现传输函数的切换，具有皮秒级的切换速度。本发明结构简单、成本低，易于集成，可用于作为高速微波开关、跳频信号发生器等。
【附图说明】
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[0014]图1为本发明的高速可调谐微波光子滤波器的结构示意图；
[0015]图2为本发明的原理和功能示意图；
[0016]图3为本发明扩展的高速可调谐微波光子滤波器的结构示意图:(a)两路任意相位调制信号叠加产生的两抽头滤波器；(b)多路任意相位调制信号叠加产生的多抽头滤波器;
[0017]图4为本发明的自由频谱范围(FSR)可调三角传输函数的微波光子滤波器实验结果图:(a) FSR = 200MHz，(b)FSR =