可重构微波光子陷波滤波器的制作方法

文档序号:11253651阅读:1458来源:国知局
可重构微波光子陷波滤波器的制造方法与工艺

本发明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、一个或者多个泵浦信号的可重构可调谐陷波微波光子滤波器。



背景技术:

随着无线通信、雷达和遥感技术的飞速发展,微波频率资源越来越紧张,人们也越来越重视对有用微波信号的处理过程和保存途径。同时在愈加复杂的微波信号中也会存在越来越多的人们不需要的微波干扰信号,影响着人们对信号的准确接收,所以研究陷波滤波器逐渐成为一项热点。陷波滤波器是在某一个频率点迅速衰减输入信号,以达到阻碍此频率信号通过的滤波效果。从通过信号的频率范围的角度来看,陷波滤波器属于带阻滤波器的一种,只是它的阻带非常狭窄。用以往在传统电域中处理信号的方法,并不能精确消除或削弱干扰信号。并且整个过程损耗大、速度慢、抗电磁干扰能力弱。所以随着光载无线电(rof)技术的发展,具有灵活重构特性的陷波微波光子滤波器的研究具有更为广泛的意义。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种基于受激布里渊散射效应、一个或者多个泵浦信号的可重构可调谐微波光子滤波器。

本发明所述的可重构陷波微波光子滤波器的结构如图1所示,由激光器、双驱动马赫曾德尔强度调制器(ddmzm)、光隔离器、矢量网络分析仪、高非线性光纤、强度调制器、第一微波信号源、第二微波信号源、双平行马赫曾德尔强度调制器(dpmzm)、第一直流稳压电源、第二直流稳压电源、第三直流稳压电源、第四直流稳压电源、第五直流稳压电源、光环形器和光电探测器组成;

其中,激光器包括第一激光器和第二激光器,第一激光器输出频率为fc1的光信号作为光载波被送到双驱动马赫曾德尔强度调制器中;双驱动马赫曾德尔调制器内部共有两个支路,见图2,两个支路接有同一个射频输入端,第一支路有一个直流偏置端,与第五直流稳压电源相接,调节直流偏置端的电压能够改变双驱动马赫曾德尔调制器第一支路光信号的相位,使双驱动马赫曾德尔调制器工作在双边带调制状态;由网络分析仪输出的具有一定频带宽度的待滤波的小幅微波信号通过双驱动马赫曾德尔强度调制器加载到光载波上,之后输出的相位相反、强度不同的一系列一阶上边带和下边带信号经光隔离器进入到高非线性光纤中,且通过调整第五直流稳压电源改变第一支路的直流偏置电压,使上边带强度小于下边带强度;

第二激光器输出频率为fc2的光信号被送到强度调制器中,频率为fc2的光信号被第一微波信号源输出的频率为fp的微波信号调制(在滤波器的工作过程中,fp的频率可以根据对滤波器输出频段的要求进行改变),调整第四直流稳压电源的输出改变强度调制器的直流偏压使其工作在载波抑制的双边带调制状态,则经强度调制器输出后,出现频率为fc2±fp、fc2±2fp、…、fc2±n*fp的一系列上、下边带,载波以及其余边带被忽略掉,这一系列上、下边带信号继续送入双平行马赫曾德尔强度调制器中;

双平行马赫-曾德尔调制器由第一马赫-曾德尔调制器、第二马赫-曾德尔调制器和移相器组成,见图3,第一马赫-曾德尔调制器单独构成第三支路,第二马赫-曾德尔调制器和移相器构成第四支路;第一马赫-曾德尔调制器和第二马赫-曾德尔调制器均为强度调制器。第一马赫-曾德尔调制器具有第一射频输入端和第一直流偏置端;第二马赫-曾德尔调制器具有第二射频输入端和第二直流偏置端;移相器只有一个直流偏置电压输入端,即第三直流偏置端,通过调节第三直流偏置端的电压能够改变双平行马赫-曾德尔调制器第二支路光信号的相位,使双平行马赫-曾德尔调制器工作在载波被抑制的单边带调制状态;第一直流稳压电源与第一直流偏置端相连,第二直流稳压电源与第二直流偏置端相连,第三直流稳压电源与第三直流偏置端相连,第一射频输入端与第二微波信号源相连,第二射频输入端接地;同时第二微波信号源输入微波频率vb的微波信号,vb为本系统中的高非线性光纤的受激布里渊频移量,所以形成了fc2+fp+vb、fc2+2fp+vb、…、fc2+n*fp+vb一系列光信号,然后经过光环形器的1端口输入光环形器并由2端口输出进入到高非线性光纤中,作为高非线性光纤受激布里渊散射的泵浦信号;

双驱动马赫曾德尔调制器输出经光隔离器进入到高非线性光纤中的相位相反、上边带强度小于下边带强度的信号和下支路输出的n个泵浦信号在高非线性光纤中相互作用,发生受激布里渊散射后,通过环形器的2端口输入到光环形器中,从光环形器的3端口输出,然后通过光电探测器进行光电转换后送入矢量网络分析仪,由矢量网络分析仪对其测试,从而实现可调谐的陷波输出。

第一激光器输出频率为fc1的光信号作为光载波;由网络分析仪输出的一系列待滤波的小幅微波信号(其中包括频率为fm1、fm2、fm3……fmn的信号,且fm2-fm1<2vb,vb为受激布里渊频移量)通过双驱动强度调制器加载到光载波上,输出的相位相反、强度不同的一系列上边带和下边带信号(图4(1))经光隔离器进入到高非线性光纤中;第二激光器输出频率为fc2的光信号被送到强度调制器中,频率为fc2的光信号随后被第一微波信号源输出的频率为fp的微波信号调制(在滤波器的工作过程中,fp的频率可以根据对滤波器输出频段的要求进行改变),调整强度调制器的直流偏压使其工作在载波抑制的双边带调制状态,调制输出一系列上、下边带(图4(2)),载波被忽略掉,这一系列上、下边带信号继续送入双平行马赫曾德尔调制器,随后被第二微波信号源输出的频率为vb的微波信号调制,调整直流偏压使其工作在单边带调制状态,仅输出一系列上边带(图4(3)),再经过环形器的1端口输入并由2端口输出进入到高非线性光纤中,作为高非线性光纤受激布里渊散射的泵浦信号。

对于图4(1)中的调制信号,当某频率处上边带强度由于受激布里渊散射效应被增强时,此时其上边带与下边带相对应处强度相等,而其它频率出上下边带强度仍然不同,因此,此处的的微波信号将会被滤波输除,进而产生了陷波。

通过改变第二激光器的频率fc2,就可以改变两个陷波中心频率的值,实现陷波中心频率的变化,即中心频率可调谐。

本发明的可重构陷波微波光子滤波器有三种工作情况:

情况一:当fp=2vb时,图4(3)中前一个泵浦信号损耗谱和与其相邻后一个泵浦信号增益谱频率相同,相互抵消,滤波器输出单个陷波,且陷波谱型与受激布里渊的损耗谱型相同,滤波器的频率范围取决于泵浦信号的数量。

1)当引入一个泵浦信号时,陷波滤波器的频率范围为2vb:

2)当引入两个泵浦信号时,陷波滤波器的频率范围为4vb:

3)当引入三个泵浦信号时,陷波滤波器的频率范围为6vb:

情况二:当fp>2vb时,滤波器可以产生多个陷波。泵浦信号个数不同,陷波个数不同。

1)当引入两个泵浦信号时,产生两个陷波,且陷波谱型与受激布里渊的损耗谱型;

2)当引入三个泵浦信号时,产生三个陷波,且陷波谱型与受激布里渊的损耗谱型相同:

情况三:当0<fp<vb时,多个泵浦信号产生的增益谱相互叠加,产生一个带宽被展宽的陷波,图10为四个泵浦信号叠加时的情况。

本发明选用波长为1550nm(对应频率为fc1=193.41448903thz)的第一激光器作载波光源,第二激光器的频率范围为193.41thz~193.45thz(对应波长1549.7nm-1550nm),双驱动马赫曾德尔强度调制器工作的光波长为1530nm~1580nm,带宽为25ghz;网络分析仪的频率范围为40mhz~40ghz;光电探测器探测带宽为20ghz;高非线性光纤的受激布里渊增益线宽为γb=30mhz,布里渊频移量vb=10ghz,光纤长度为1000米,增益和损耗峰值为5db;光隔离器的隔离度大于40db;强度调制器的带宽为20ghz;微波信号源的输出频率范围为40mhz~10ghz。

先设定第二激光器的频率也为193.41448903thz,则无论引入多少个泵浦信号,都会在以各个泵浦信号为中心的下频率区距离微布里渊频移10ghz处产生陷波。泵浦信号个数不同,陷波中心频率和调谐范围也不同。

与现有技术相比,本发明所述的可重构陷波微波光子滤波器具有如下优点:

(1)基于强度调制和泵浦信号引起的受激布里渊散射效应,增益谱对上边带强度进行放大,使对应位置强度相同,实现微波光子滤波器的陷波输出。

(2)通过改变泵浦信号的个数和频率,实现陷波个数、陷波频率和陷波谱型的重构。

附图说明

图1:陷波微波光子滤波器结构示意图;

图2:双驱动马赫-曾德尔调制器的结构示意图;

图3:双平行马赫-曾德尔调制器的结构示意图;

图4:陷波微波光子滤波器频谱处理过程示意图;

图5:产生一个陷波引入一个泵浦信号时谱结果图;

图6:产生一个陷波引入两个泵浦信号时谱结果图;

图7:产生一个陷波引入三个泵浦信号时谱结果图;

图8:产生多个陷波引入两个泵浦信号时谱结果图;

图9:产生多个陷波引入三个泵浦信号时谱结果图;

图10:陷波被增益谱叠加展宽的谱结果图;

图11:产生一个陷波引入两个泵浦信号时结果仿真图;

图12:产生一个陷波引入三个泵浦信号时结果仿真图;

图13:产生多个陷波引入两个泵浦信号时结果仿真图;

图14:产生多个陷波引入三个泵浦信号时结果仿真图;

具体实施方式

实施例1

第一激光器和第二激光器为santec公司的tsl-510可调激光器,第一激光器的波长设定为1550nm(对应频率为fc1=193.41448903thz),第二激光器的波长也设为1550nm,双驱动马赫曾德尔强度调制器为photline公司的mzdd-ln-10,其带宽25ghz;网络分析仪为安捷伦的8722es矢量网络分析仪,频率范围为40mhz-40ghz;泰克公司的光电探测器,带宽为20ghz;隔离器的隔离度大于40db;长飞光纤光缆有限公司的高非线性光纤,高非线性光纤的布里渊增益线宽为γb=30mhz,布里渊频移为10ghz,光纤长度为1000米,增益和损耗峰值为5db;强度调制器为photline公司的mxan-ln-20,带宽为20ghz,直流偏压为9v,能使该调制器输出为载波抑制的双边带调制,强度调制器所加的频率为fp的信号由第一微波信号源提供;安捷伦公司的微波信号发生器e8257d,输出频率范围为100khz~20ghz;双平行马赫曾德尔强度调制器为photline公司的mxiq-ln-40,其带宽大于20ghz。光环形器的p/n:fcir-55-2-l-1-1(sr5905),qty:1pc。

按图1连接好相应的仪器设备,第一激光器的频率设定为fc1=193.41448903thz,网络分析仪输出频率范围为40mhz~40ghz的微波信号通过双驱动马赫曾德尔调制器加载到光载波上,输出的信号通过隔离器后进入到高非线性光纤中。在另一支路,第二激光器输出的频率为fc2=193.41448903thz的光信号首先进入到强度调制器中,被第一微波信号发出的微波所调制,此时微波频率设为fp=2vb=20ghz,强度调制器的输出频率为fc2±nfp的一系列上下边带,被送入双平行马赫曾德尔调制器中,产生单边带调制的泵浦信号,再通过环形器的1端口进入到高非线性光纤中。在高非线性光纤中,探测信号和泵浦信号相互作用,发生受激布里渊散射效应,与泵浦信号的频率间隔为vb的下频率区位置的信号将被增强,使上下边带强度相同,从而实现陷波输出。图11为当fp=2vb=20ghz,并引入两个泵浦信号时,滤波器的输出结果,陷波与干扰通带之间的距离为4vb,即40ghz。

实施例2

按图1连接好相应的仪器设备,第一激光器的频率设定为fc1=193.41448903thz,网络分析仪输出频率范围为40mhz~40ghz的微波信号通过双驱动马赫曾德尔调制器加载到光载波上,输出的信号通过隔离器后进入到高非线性光纤中。在另一支路,第二激光器输出的频率仍设定为fc2=193.41448903thz的光信号首先进入到强度调制器中,被第一微波信号的微波所调制,强度调制器的输出频率为fc2±nfp的一系列上下边带,被送入双平行马赫曾德尔调制器中,产生单边带调制的泵浦信号,再通过环形器的1端口进入到高非线性光纤中。在高非线性光纤中,探测信号和泵浦信号相互作用,发生受激布里渊散射效应,与泵浦信号的频率间隔为vb的下频率区位置的信号将被增强,使上下边带强度相同,从而实现陷波输出。图12为当fp=2vb=20ghz,并引入三个泵浦信号时,滤波器的输出结果,陷波与干扰通带之间的距离为6vb,即60ghz。

实施例3

按图1连接好相应的仪器设备,第一激光器的频率设定为fc1=193.41448903thz,网络分析仪输出频率范围为40mhz~40ghz的微波信号通过双驱动强度调制器加载到光载波上,输出的信号通过隔离器后进入到高非线性光纤中。在另一支路,第二激光器输出的频率仍设定为fc2=193.41448903thz的光信号首先进入到强度调制器中,被第一微波信号的微波所调制,强度调制器的输出频率为fc2±nfp的一系列上下边带,被送入双平行马赫曾德尔调制器中,产生单边带调制的泵浦信号,再通过环形器的1端口进入到高非线性光纤中。在高非线性光纤中,探测信号和泵浦信号相互作用,发生受激布里渊散射效应,与泵浦信号的频率间隔为vb的下频率区位置的信号将被增强,使上下边带强度相同,从而实现陷波输出。图13为当fp=35ghz>2vb,并引入两个泵浦信号时,滤波器的输出结果,出现了两个陷波。

实施例4

按图1连接好相应的仪器设备,第一激光器的频率设定为fc1=193.41448903thz,网络分析仪输出频率范围为40mhz~40ghz的微波信号通过双驱动马赫曾德尔调制器加载到光载波上,输出的信号通过隔离器后进入到高非线性光纤中。在另一支路,第二激光器输出的频率仍设定为fc2=193.41448903thz的光信号首先进入到强度调制器中,被第一微波信号的微波所调制,强度调制器的输出频率为fc2±nfp的一系列上下边带,被送入双平行马赫曾德尔调制器中,产生单边带调制的泵浦信号,再通过环形器的1端口进入到高非线性光纤中。在高非线性光纤中,探测信号和泵浦信号相互作用,发生受激布里渊散射效应,与泵浦信号的频率间隔为vb的下频率区位置的信号将被增强,使上下边带强度相同,从而实现陷波输出。图14为当fp=35ghz>2vb,并引入三个泵浦信号时,滤波器的仿真结果,出现了三个陷波。

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