专利名称：基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤通信和信号处理技术领域，具体地说，涉及射频信号的光学处理。
背景技术：
微波光子滤波器是当前微波光子学领域研究的热点。总的来说微波光子滤波器可以用两种方法实现一是相干方式；二是非相干方式。由于光相位容易受周围环境的影响， 控制比较困难，目前的微波光子信号处理普遍采用非相干方式来实现。非相干滤波器的输出和输入射频信号之间是线性关系，不受周围环境对光相位扰动的影响。然而非相干滤波系统是信号的光强叠加，滤波器的抽头系数为正，这使得微波光子滤波器在功能上具有很大的局限性。带通和高通滤波器都很难用正系数的光学抽头来实现，大大限制了滤波器传输函数。目前各国的研究工作主要集中在设计新型滤波器结构以实现负和复抽头系数、Q值更高的频率响应、可调性、可重构和更大的动态范围等。所有这些研究都还处于基础研究阶段，许多关键技术问题尚待解决。实现微波光子滤波器往往需要利用激光器阵列或者利用光谱切割宽带光源，而前者的成本非常高昂，后者虽然降低了成本但是由于引入了过多的系统噪声而降低了滤波器的性能。本文提出的基于多波长可调谐光纤激光器和双折射光纤环镜的可调谐微波光子带通滤波器利用可调谐多波长光纤激光器作为光源，通过调节其波长间隔实现微波光子滤波器自由频谱范围的调谐，同时，本文还引入了一个双折射光纤环镜对从光源出来的多波长激光进行功率切趾，这样可以大幅度提高微波光子滤波器的边瓣抑制比(MSR)。
发明内容
本发明的目的是实现一种低成本、结构紧凑、可调谐、高边瓣抑制比的新型微波光子带通滤波器结构包括泵源1、波分复用器2、掺铒光纤3、偏振控制器一 4、偏振控制器二 6、偏振控制器三8和偏振控制器四12、偏振相关隔离器5、保偏光纤一 7、保偏光纤二 9和保偏光纤三 13、普通单模光纤一 10和普通单模光纤二 17、耦合器一 11、耦合器二 14、相位调制器15和光电探测器16 ；泵源1接波分复用器2的端口 a ；波分复用器2的端口 c接掺铒光纤3的输入端；掺铒光纤3的输出端接偏振控制器一 4的输入端；偏振控制器一 4的输出端接偏振相关隔离器5的输入端；偏振相关隔离器5的输出端接偏振控制器二 6的输入端；偏振控制器二 6的输出端接保偏光纤一 7的输入端；保偏光纤一 7的输出端接偏振控制器三8的输入端；偏振控制器三8的输出端接保偏光纤二 9的输入端；保偏光纤二 9的输出端接普通单模光纤一 10的输入端；普通单模光纤一 10的输出端接耦合器一 11的端口 a ；耦合器一 11的端口 b接波分复用器2的端口 b ；耦合器一 11的端口 c接耦合器二 14的端口 a ；耦合器二 14的端口 c接偏振控制器四12的输入端；偏振控制器四12的输出端接保偏光纤三13的输入端；保偏光纤三13的输出端接耦合器二 14的端口 d ；耦合器二 14的端口 b接相位调制器15的端口 a ；相位调制器15的端口 c接普通单模光纤二 17的输入端；普通单模光纤二 17的输出端接光电探测器16的输入端；相位调制器15的端口 b为射频输入端口 ；光电探测器16的输出端为输出端口。所述的普通单模光纤一 10作为非线性偏振旋转介质，其长度介于3千米至8千米之间。所述的基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器，通过调节偏振控制器三8来调节保偏光纤一 7和保偏光纤二 9的有效双折射强度，从而调节多波长光纤激光器的波长间隔。所述的保偏光纤三13的长度介于5米至10米之间，通过调节偏振控制器四12来控制双折射光纤环镜的透射谱，使其左右移动。所述的偏振控制器四12、保偏光纤三13和耦合器二 14组成双折射光纤环镜。所述的耦合器一 11为IOdB耦合器，耦合器二 14为3dB耦合器。所述的泵源1为980nm或1480nm的泵源。本发明的有益效果本发明通过使用可调谐多波长光纤激光器来产生多波长激光信号，通过调节偏振控制器来实现波长间隔以及波长范围的调节，从而实现微波光子滤波器自由频谱范围(FSR)的调节；然后激光信号进入包含有偏振控制器四和保偏光纤三和耦合器二组成的双折射光纤环镜，双折射光纤环镜的传输函数为梳状谱，它的3dB带宽可以通过选择合适的保偏光纤长度调节，通过调节双折射光纤环镜中的偏振控制器控制梳状谱左右移动，从而实现多波长激光和双折射光纤环镜波长的匹配，从而实现对多波长激光信号的切趾。然后经切趾之后的多波长激光信号进入相位调制器，经过射频信号的调制后被送入若干千米的普通单模光纤，实现相位调制到强度调制的转换(PM-IM)，然后经过光电探测器后得到经过滤波处理后的射频信号。该发明通过调节偏振控制器调节多波长激光器的波长间隔实现微波光子滤波器自由频谱范围的调节，通过调节双折射光纤环镜中的偏振控制器来实现多波长激光强度的调节，从而增大滤波器的边瓣抑制比；利用相位调制器和色散器件实现相位调制到强度调制的转换可以实现滤波器的负系数抽头，从而实现带通滤波。该发明实现成本较低、具有很大的边瓣抑制比、可以实现带通滤波、并且它的带通频率是可调的、具有很好的稳定性。
图1是本发明的实施例1的基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器结构示意图。图中(1)泵源、⑵波分复用器、(3)掺铒光纤、⑷偏振控制器一、(5)偏振相关隔离器、(6)偏振控制器二、(7)保偏光纤一、(8)偏振控制器三、(9)保偏光纤二、(10)普通单模光纤一、(H)耦合器一、(12)偏振控制器四、(13)保偏光纤三、(14)耦合器二、(15) 相位调制器、(16)光电探测器、(17)普通单模光纤二
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的具体说明实施例1
这种高可调谐微波光子带通滤波器结构，它包括980nm或1480nm的泵源1、波分复用器2、掺铒光纤3、偏振控制器一 4、偏振相关隔离器5、偏振控制器二 6、偏振控制器三8 和偏振控制器四12、保偏光纤一 7、保偏光纤二 9和保偏光纤三13、普通单模光纤一 10和普通单模光纤二 17、耦合器一 11、耦合器二 14、相位调制器15和光电探测器16。中心波长为980nm或1480nm的泵源1接波分复用器2的端口 a ；波分复用器2的端口 c接掺铒光纤3的输入端；掺铒光纤3的输出端接偏振控制器一 4的输入端；偏振控制器一 4的输出端接偏振相关隔离器5的输入端；偏振相关隔离器5的输出端接偏振控制器二 6的输入端；偏振控制器二 6的输出端接保偏光纤一 7的输入端；保偏光纤一 7的输出端接偏振控制器三8的输入端；偏振控制器三8的输出端接保偏光纤二 9的输入端；保偏光纤二 9的输出端接普通单模光纤一 10的输入端；普通单模光纤一 10的输出端接耦合器一 11的端口 a ；耦合器一 11的端口 b接波分复用器2的端口 b ；耦合器一 11的端口 c接耦合器二 14的端口 a ；耦合器二 14的端口 c接偏振控制器四12的输入端；偏振控制器四12的输出端接保偏光纤三13的输入端；保偏光纤三13的输出端接耦合器二 14的端口 d ；耦合器二 14的端口 b接相位调制器15的端口 a ；相位调制器15的端口 c接普通单模光纤二 17 的输入端；普通单模光纤二 17的输出端接光电探测器16的输入端；相位调制器15的端口 b为输入端；光电探测器16的输出端为输出端。如附图1所示，掺铒光纤3作为增益介质，保偏光纤一 7和保偏光纤二 9通过调节偏振控制器三8用来改变腔内的双折射强度，长度为3 5km的普通单模光纤一 10则用来增加光纤的非线性偏振旋转效应，偏振控制器一 4、偏振控制器二 6和一个偏振相关隔离器 5用来改变激光腔内的偏振态并且保证激光单向运转。波长为980nm或1480nm的激光经过波分复用器2进入掺铒光纤3，激光在环形腔内顺时针单向运转，最后由耦合器一 11的端口 c输出。非线性偏振旋转效应是多波长输出的关键，通过调节偏振控制器三8可以实现波长间隔的调节。从耦合器一 11的端口 c输出的多波长激光信号经耦合器二 14进入双折射光纤环镜。通过调节偏振控制器四12可以实现双折射光纤环镜传输函数的调节，当多波长激光各波长均落在双折射光纤环镜一个通带内时，就实现了两者的匹配，可以实现对多波长激光的切趾。从耦合器二 14端口 b输出的光信号进入相位调制器15，经过射频信号的调制进入长度为10 50km的普通单模光纤二 17，这里的普通单模光纤二 17有两个作用，其一是实现相位调制到强度调制的转换，其二是作为色散介质对各波长的激光信号进行延时。最后信号光输入到光电探测器16，从光电探测器16输出的信号就是经过滤波后的射频信号。选择长为3 5km的普通单模光纤一 10用以增加非线性偏振旋转效应，确保多波长激光的输出功率谱平坦且稳定。保偏光纤一 7、保偏光纤二 9以及偏振控制器的应用使得激光波长间隔可调，实现微波光子滤波器的可调。由偏振控制器四12、保偏光纤三13和耦合器二 14组成的双折射光纤环镜可以对多波长激光输出功率进行调节(加窗)，从而大大提高了微波光子滤波器的边瓣抑制比。相位调制器15以及普通单模光纤二 17联合起来可以实现PM-IM的转换，从而实现带通滤波器。其中，耦合器一 11为IOdB耦合器，耦合器二 14为3dB耦合器。
权利要求
1.一种基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器，其特征在于它包括 泵源(1)、波分复用器O)、掺铒光纤(3)、偏振控制器一 0)、偏振控制器二(6)、偏振控制器三(8)和偏振控制器四(12)、偏振相关隔离器(5)、保偏光纤一(7)、保偏光纤二(9)和保偏光纤三(13)、普通单模光纤一(10)和普通单模光纤二(17)、耦合器一(11)、耦合器二 (14)、相位调制器(1 和光电探测器(16)；泵源(1)接波分复用器( 的端口 a ；波分复用器O)的端口 c接掺铒光纤(3)的输入端；掺铒光纤(3)的输出端接偏振控制器一(4)的输入端；偏振控制器一(4)的输出端接偏振相关隔离器( 的输入端；偏振相关隔离器(5) 的输出端接偏振控制器二(6)的输入端；偏振控制器二(6)的输出端接保偏光纤一(7)的输入端；保偏光纤一(7)的输出端接偏振控制器三(8)的输入端；偏振控制器三(8)的输出端接保偏光纤二(9)的输入端；保偏光纤二(9)的输出端接普通单模光纤一(10)的输入端；普通单模光纤一(10)的输出端接耦合器一(11)的端口 a;耦合器一(11)的端口 b 接波分复用器O)的端口 b ；耦合器一(11)的端口 c接耦合器二(14)的端口 a ；耦合器二 (14)的端口 c接偏振控制器四(1 的输入端；偏振控制器四(1 的输出端接保偏光纤三 (13)的输入端；保偏光纤三(13)的输出端接耦合器二(14)的端口 d;耦合器二(14)的端口 b接相位调制器(1 的端口 a ；相位调制器(1 的端口 c接普通单模光纤二(17)的输入端；普通单模光纤二(17)的输出端接光电探测器(16)的输入端；相位调制器(1 的端口 b为射频输入端口 ；光电探测器(16)的输出端为输出端口。
2.根据权利要求书1中所述的基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器， 其特征在于所述的普通单模光纤一(10)作为非线性偏振旋转介质，其长度介于3千米至 8千米之间。
3.根据权利要求书1中所述的基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器， 其特征在于通过调节偏振控制器三(8)来调节保偏光纤一(7)和保偏光纤二(9)的有效双折射强度，从而调节多波长光纤激光器的波长间隔。
4.根据权利要求书1中所述的基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器， 其特征在于所述的保偏光纤三(1 的长度介于5米至10米之间，通过调节偏振控制器四 (12)来控制双折射光纤环镜的透射谱，使其左右移动。
5.根据权利要求书1中所述的基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器， 其特征在于所述的偏振控制器四(12)、保偏光纤三(1 和耦合器二(14)组成双折射光纤环镜。
6.根据权利要求书1中所述的基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器， 其特征在于所述的耦合器一(11)为IOdB耦合器，耦合器二(14)为3dB耦合器。
7.根据权利要求书1中所述的基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器， 其特征在于所述的泵源(1)为980nm或1480nm的泵源。
全文摘要
基于多波长光纤激光器的可调谐微波光子带通滤波器，属于光纤通信与信号处理技术领域。该结构为泵源的输出端接波分复用器的端口a；波分复用器的端口c接掺铒光纤的输入端；波分复用器的端口b接耦合器一的端口b；耦合器一的端口a接普通单模光纤；耦合器一的端口b和端口c分别接波分复用器和耦合器二的端口a；等等。该结构基于多波长光纤激光器，利用双折射光纤环镜对其进行切趾，然后利用相位强度转换(PM-IM)实现了具有高边瓣抑制比的可调谐带通微波光子滤波器。相对于其它微波光子滤波器来说，本发明具有结构简单，成本低，可实现带通滤波且边瓣抑制比较高，通带可调，能够在常温下稳定工作等优点。
文档编号H04B10/12GK102253452SQ20111017228
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者彭磊, 曹晔, 杨秀峰, 童峥嵘 申请人:天津理工大学