专利名称：一种可实现负系数的微波光子滤波器结构的制作方法
技术领域：
本发明属于大容量微波光子通信领域，特别是提供了一种基于半导体光放大器和布拉格 光栅的可调的可实现负系数的微波光子滤波器结构，尤其涉及直接在全光领域内对射频域信 号的滤波。
背景技术：
当前信息技术的发展促进了微波通信和光纤通信的迅速发展。微波通信能够在任意方向 上发射、易于构建和重构，而且能实现与移动和手提设备的互联；它传输成本低(通过大气 传输)，采用蜂窝式系统具备高效的频率利用率。但是微波通信主要面临以下两大问题 (1 )微波传输介质对于高频微波进行长距离传输时具有非常大的损耗； (2)大气中日益增多的电磁辐射对人体健康和安全带来不利的影响受到越来越多的关注。
光纤通信的特点是体积小、重量轻、超宽带(大于40THz)、低损耗、可以实现几十Gbit/s 的信号传输；在波长、频率、时间上可多路合成；易于多路合成和分解及灵活的网络结构； 抗电磁干扰、无有害辐射，但是光纤通信的主要问题是移动性不够。现在微波学与光学两门 学科的优势结合形成了一门新学科——微波光子学，实现了微波和广波之间的转换。
微波光子学的研究领域可以分为两类其一是处理微波信号的光电设备和系统的研究， 其二是光电设备和系统在微波信号处理领域的应用研究。
包括微波光子滤波器在内的微波光子信号处理技术是当今国际学术界的一大研究热点， 这些技术在许多民用和国防工业中有着重要的应用。作为研究微波波段的高速光子器件及其 在微波/光波系统中的应用的一门新兴学科，微波光子学在器件和系统方面都有众多的研究方 向。微波光子滤波器是其中的一个重要的子系统，成为多年来微波光子学的研究重点之一。 微波光子滤波器可以在RF系统或链路里实现与传统微波滤波器相同的任务，但比起传统的 电子微波滤波器，微波光子滤波器有着电磁兼容性、体积小、重量轻和较宽的工作带宽等优 点。所以微波光子滤波器在ROF系统中有着很好的发展前景。但是为了避免受到周围环境的 影响，大多数的微波光子滤波器采用的是非相干的工作方式。在非相干区域里，滤波器的输
出电流
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滤波器的系数为| |，可见滤波器的系数为正的，而正系数滤波器主要具有以下两个缺陷
(1) 从滤波器的输出波形可以看到，滤波器的敏感度下降和滚将系数不好，从而减小了 传输函数的范围。
(2) 基带范围内出现共振现象
如前所述，为实现非相干工作方式下克服这两个缺陷的目标，即必须将滤波器带有负的 抽头系数。因此，本发明采用基于半导体光放大器和布拉格光纤光栅的微波光子滤波器的结 构，结构简单，成本较低，可以实现负的抽头系数，在性能上也能满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以实现负系数的微波光子滤波器的结构设计。即克服了在 非相干工作方式下只能产生正系数的缺陷，提高了性能，处理又都是在光域中实现的，性能 不受有源设备限制，应用范围较广。
本发明由可调谐光源(1)， 3db分束器(2)，半导体光放大器SOA (3)，衰减器或放大 器(4)，耦合器(5)，环行器(6)，布拉格光栅(7)，光电检测器(8)组成；可调谐光源(1) 的输出端通过光纤与3db分束器(2)入端相连，3db分束器(2)两输出端分别与半导体光 放大器SOA (3)的输入端相连，在3db分束器(2)上加载射频信号。两个半导体光放大器 SOA (3)的输出端与一个衰减器或放大器(4)相连，两个衰减器或放大器(4)的输出端通 过光纤相连后与耦合器(5)的输入端相连，耦合器(5)的输出端与环行器相连，环行器的 一个输出端与布拉格光栅(7)的输入端相连。环行器(6)的另一个输出端与光电检测器(8) 相连，光电检测器(8)的输出端得到的就是滤波后的电信号。
这个可实现负系数的微波光子滤波器结构主要由两个滤波器组成，第一个滤波器由两个 半导体光放大器(SOA)组成。如图3所示信号源发出的脉冲是可变速率的高斯脉冲序列(源 波长)。信号探测光为半导体激光器发射出的连续光波，连续光波长和功率可调。探测光通过 3dB分束器，被分成两束光分别注入上、下臂，其中上面一束是通过藕合器，与信号光一同 注入上臂S0A1，在上臂S0A1中，信号光通过调制SOA有源区的折射率n来调制探测光的 相位，使上下臂的探测光之间产生相位差，两个SOA分别与衰减器或放大器连接，从上、 下臂的SOA输出的两束光进入耦合器，在耦合器中两束探测光相互干涉，从耦合器输出的混 合光进入第二个滤波器，滤波器中心频率与探测光中心频率相同。从SOA输出的光是通过环 形器与第二个滤波器相连的，环形器的输入端输入的是经过半导体光放大器转换后的光信号， 第一个输出端是将转换后的电信号与布拉格光栅相连，进行可调谐的实现，环形器的第二个 输出端是输出的信号是由两个滤波器传输函数合成的电信号，环行器的第二个输出端与光电 检测器相连将电信号转换成光信号。第二个滤波器是由一对布拉格光纤光栅来实现的，这两个光纤光栅的中心反射波长和光源的波长相同，第一个光栅是半透半反射型的，第二个光栅 是全反射型的。这样进入光栅对的光，在第一个光栅处一部分被反射， 一部分透射，然后经 过第二个光栅全部反射回，又经过第一个光栅发射透射，每一次发射或透射的输出的时间间 隔都相同，这样就形成了一个无限冲击响应的滤波器。而最后整个滤波器的传输函数是由这 两个函数合成。
本发明的特征在于由于半导体光放大器有源区的折射率同载流子密度有关，输入光信 号强度的变化会使半导体光放大器的折射率随之改变，这样光信号在两个臂上的光程不相等， 产生相差，由于这个滤波器的传递函数是由两个半导体光放大器所引起的相位差函数，具有 余弦函数特性。因此通过控制两臂上半导体光放大器的偏置电流，选择适当的输入光信号的 功率，可以获得较小的误码率。而布拉格光纤光栅的反射系数可以根据具体的条件进行设定， 可以获得较高的消光比。
本发明的优点由于采用两个半导体光放大器的波长变换方式和布拉格光栅的反射透射 方式使得产生负的抽头系数，并且对于有较小的消光比的输入信号，变换后信号的消光比可 以得到有效的提高，在性能上也能满足要求。
图1为已有基于半导体光放大器的交叉增益调制器负系数的微波光子滤波器结构框图。 图2为利用电光调制器的传输函数正负线性斜率部分来实现反相位调制实现负系数的微
波光子滤波器结构框图。
图3为本发明的基于半导体光放大器和布拉格光纤光栅的可实现负系数的微波光子滤波
器结构框图。
具体实施例方式
基于半导体光放大器和布拉格光纤光栅的可实现负抽头系数的微波光子滤波器结构的
具体实施方式
是可调光源1输出不同的波长的光信号分别输入到两个半导体光放大器3中， 通过半导体光放大器3，输入的射频信号加载在光载波上面，复合信号之后被送入到衰减器 或放大器4，这样使得相位翻转，从而实现微波光子滤波器的负抽头系数的功能。衰减器或 是放大器4的选择是通过滤波系数的大小来确定的。然后将变换后的光信号传入布拉格光纤 光栅对7，通过分别调节两个布拉格光纤光栅7反射系数来达到较高的性能。然后通过环行 器6将经过两个滤波器处理后的光信号与光电检测器8相连，将光信号转化为射频信号，得 到的信号就是滤波信号，最终直接实现了在光频域对射频域信号滤波。
权利要求
1、一种可实现负系数的微波光子滤波器结构，其特征在于该微波光子滤波器由可调谐光源(1)，3db分束器(2)，半导体光放大器SOA(3)，衰减器或放大器(4)，耦合器(5)，环行器(6)，布拉格光栅(7)，光电检测器(8)组成；可调谐光源(1)的输出端通过光纤与3db分束器(2)输入端相连，3db分束器(2)两输出端分别与半导体光放大器SOA(3)的输入端相连，在3db分束器(2)上加载射频信号，两个半导体光放大器SOA(3)的输出端与一个衰减器或放大器(4)相连，两个衰减器或放大器(4)的输出端通过光纤相连后与耦合器(5)的输入端相连，耦合器(5)的输出端与环行器(6)相连，环行器(6)的一个输出端与布拉格光栅(7)的输入端相连，环行器(6)的另一个输出端与光电检测器(8)相连，光电检测器(8)的输出端得到的就是滤波后的电信号。
2、 根据权利要求l所述的结构，其特征在于两个半导体光放大器(3)被非对称的放 置在两个臂上，由于受幅度调制的光信号的强弱变化，导致折射率随之变化，调节功率至两 臂相位差为;r时，就实现了负系数的微波光子滤波器。
3、 根据权利1要求所述的结构，其特征在于两个半导体光放大器(3)的波长变换器 结构的传递函数是两个半导体光放大器中所引起的相位差的函数，具有余弦函数特性。
4、 根据权利要求1所述的结构，其特征在于，两个布拉格光栅(7)形成一个滤波器， 这两个光栅的中心反射波长和光源的波长相同，第一个布拉格光栅是半透半反射型的，第二 个布拉格光栅是全反射型的；使进入布拉格光栅的光，在第一个布拉格光栅处一部分被反射， 一部分透射，然后经过第二个布拉格光栅全部反射回，通过调节布拉格光栅的反射系数实现 可调谐的功能。
5、 根据权利要求1所述的结构，其特征在于，环形器(6)的输入端输入的是经过半导 体光放大器转换后的光信号，第一个输出端是将转换后的电信号与布拉格光栅(7)相连，进 行可调谐的实现，环形器(6)的第二个输出端是输出的信号是由两个滤波器传输函数合成的 电信号，环行器(6)的第二个输出端与光电检测器相连将电信号转换成光信号。
全文摘要
一种可实现负系数的微波光子滤波器结构，属于大容量微薄光子通信领域。该结构由可调谐光源(1)，3db分束器(2)，半导体光放大器SOA(3)，衰减器或放大器(4)，耦合器(5)，环行器(6)，布拉格光栅(7)，光电检测器(8)组成。优点在于，实现微波光子滤波器的可实现负系数的特性，最后经过光电二极管光信号被转化成射频信号，直接实现了在光域对射频信号滤波的功能。
文档编号H04B10/12GK101436904SQ20081023976
公开日2009年5月20日 申请日期2008年12月16日 优先权日2008年12月16日
发明者娜 刘, 周贤伟, 王建萍 申请人:北京科技大学