基于四波混频的连续可调谐陷波微波光子滤波器的制作方法

本发明属于微波光子滤波技术领域，特别是涉及引入相移量实现陷波中心频率可调谐的微波光子滤波器。

背景技术：

微波光子滤波器是微波光子学的一个重要分支，它将输入的射频(RF)信号通过调制器调制到光信号上，在光域对RF信号进行处理，最后通过光接收器输出滤波后的微波信号。采用这种方法具有低损耗、高带宽、不受电磁干扰、重量轻和支持高采样频率的优势，这些显著优势使微波光子滤波系统成为宽带射频信号处理中的热点技术而倍受国际关注。近年来研究学者对其进行深入研究，已获得许多实验成果，诸如：可调谐微波光子滤波器、可重构微波光子滤波器、负、复系数微波光子滤波器等。而基于四波混频效应(FWM)能够产生的多波长光信号，多波长光信号在相位调制后能够产生多个抽头，使陷波滤波器具有更窄的带宽，提高了陷波滤波器的选频特性，并且再利用波整形器引入相移量形成复系数，能够在不同相移的情况下实现陷波滤波器的连续可调谐，必将极大的改善其系统特性。

可调谐微波光子滤波器与传统微波滤波器相比，具有灵活度高，动态响应范围大，成本低等优点。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有微波光子滤波器存在的可调谐范围小及不能连续可调的问题，提供了一种结构简单且制作技术成熟的可调谐陷波微波光子滤波器，该滤波器利用四波混频效应产生多波长激光作为微波光子滤波器的光源，实现多抽头；由波整形器(Waveshaper)控制相位调制后产生的光电流的相位和边带形成馅波，并另外引入相移量形成复系数实现陷波连续调谐，最终可以实现陷波滤波器通带中心频率的可调谐。

该发明的技术方案为：

一种基于四波混频的连续可调谐陷波微波光子滤波器，其特征在于该滤波器包括：多波长光源、1:99耦合器、偏振控制器、光谱分析仪、相位调制器、模拟信号发生器、掺饵光纤放大器、波整形器、5km长的单模光纤、光电探测器、频谱分析仪；其中多波长光源由两台可调谐激光器、一个50:50耦合器、一台掺饵光纤放大器、2km长的高非线性光纤和光滤波器组成；

所述滤波器结构的连接关系：基于四波混频产生的多波长光源发出多波长激光信号经由一个1×2的1:99耦合器的a端口输入，一部分信号光通过c端口输出到光谱仪上进行观察测，另一部分信号光通过耦合器的c端口输入到偏振控制器调整偏振态，再输入相位调制器上，与此同时，由模拟信号发生器输出的RF信号通过相位调制器调制到信号光上，接着从相位调制器输出的信号光分别经掺饵光纤放大器、波整形器、5km长的单模光纤传输到光电探测器上，最后信号从光电探测器输出到频谱分析仪。

进一步的，所述多波长光源输出多波长光载波作为滤波器的光源；其中两台可调谐激光器分别产生波长为1549nm、1550nm的单波长激光信号并输入到2km长的高非线性光纤中，利用高非线性光纤的非线性系数产生四波混频效应，形成多波长光信号输出，中间引入掺饵光纤放大器用于提高可调谐激光器输出功率增加多波长数目。

进一步的，通过控制光载波的偏振态能获得最佳的调谐特性和陷波深度。

进一步的，经过相位调制器调制后的光信号输入到波整形器中进行整形滤波，利用波整形器抑制去除光载波的上边带调制信号，只保留下边带调制信号，并且使产生四波混频效应的两个主载波拥有相同的功率和相位，奇数阶旁波拥有相同功率的同时引入相对于主载波的180°的相移，偶数阶旁波拥有相同功率的同时引入相对于主载波的0°的相移，最终经5km长的单模光纤传输到光电探测器上，经光电探测器拍频后传输到频谱分析仪上观察现象，形成陷波滤波器响应。

进一步的，所述掺饵光纤放大器用于补充光信号在传输过程中引入的损耗。

进一步的，利用波整形器形成陷波滤波器响应的同时，对于每个光载波和上边带调制信号另外引入相移量θ，实现陷波滤波的调谐，因此第n个抽头的相移为：Δφ_n＝Δφ'_n+nθ，Δφ'_n为第n个抽头的初始相位0°或180°，nθ为第n个抽头额外引入相移量，因此陷波中心频率可以由此得到f'_notch为初始陷波频率，Δλ是输入信号光的波长间隔，D是单模光纤(9)的色散系数；根据引入的相移量θ在0到360°内变化时，能够实现陷波频率在一个自由频谱范围内的调谐，而微波光子滤波器的自由频谱范围为其中T是由单模光纤的色散引入的延迟，与自由频谱范围成倒数关系L是单模光纤的长度，进而实现滤波器通带中心频率连续可调谐。

本发明的优点和有益效果：

本发明提出了一种连续可调谐的陷波微波光子滤波器，结构简单且制作技术成熟，起到调谐作用的关键部位只需要由波整形器(Waveshaper)控制相位调制后产生的光电流的相位和边带即可。在形成馅波的同时并另外引入相移量形成复系数实现陷波连续调谐。本发明以此为切入点来实现陷波滤波器中心频率的连续可调谐。该发明的微波光子滤波器，成本合适，操作技术成熟，灵活度高，动态响应范围大，因而具有一定的应用价值。

附图说明

图1为本发明的基于四波混频的连续可调谐陷波微波光子滤波器的结构示意图。

图2为本发明的微波光子滤波器输出射频信号的频谱。

图中：(1)多波长光源(Multi-wavelength Light Source)、(2)1:99耦合器、(3)偏振控制器(PC)、(4)光谱分析仪(OSA)、(5)相位调制器(PM)、(6)模拟信号发生器、(7)掺饵光纤放大器(EDFA2)、(8)波整形器(Waveshaper)、(9)5km长的单模光纤(SMF)、(10)光电探测器(PD)、(11)频谱分析仪、(12)可调谐激光器(Tunable Laser1)、(13)可调谐激光器(Tunable Laser 2)、(14)50:50耦合器(Coupler1)、(15)掺饵光纤放大器(EDFA1)、(16)高非线性光纤(HNLF)、(17)光滤波器。

具体实施方式

实施例：

一种基于四波混频的连续可调谐陷波微波光子滤波器，如图1所示，该滤波器包括：多波长光源(Multi-wavelength Light Source)1、1:99耦合器(Coupler2)2、偏振控制器(PC)3、光谱分析仪(OSA)4、相位调制器(PM)5、模拟信号发生器6、掺饵光纤放大器(EDFA2)7、波整形器(Waveshaper)8、5km长的单模光纤(SMF)9、光电探测器(PD)10、频谱分析仪11；其中多波长光源1由两台可调谐激光器(Tunable Laser1，Tunable Laser 2)12、13、一个50:50耦合器(Coupler1)14、一台掺饵光纤放大器(EDFA1)15、、2km长的高非线性光纤(HNLF)16和光滤波器17组成。

如图1所示，本发明在实现可调谐微波光子滤波器时的光路传输为：基于四波混频产生的多波长光源1发出多波长激光信号经由一个1×2的1:99耦合器2的a端口输入，一部分信号光通过c端口输出到光谱仪4上进行观察测，另一部分信号光通过耦合器2的c端口输入到偏振控制器3调整偏振态，再输入相位调制器5上，与此同时，由模拟信号发生器6输出的RF信号通过相位调制器5调制到信号光上，接着从相位调制器5输出的信号光分别经掺饵光纤放大器(EDFA2)7、波整形器(Waveshaper)8、5km长的单模光纤(SMF)9传输到光电探测器10上，最后信号从光电探测器10输出到频谱分析仪11，观察滤波器陷波中心频率的变化。所述掺饵光纤放大器(EDFA2)7用于补充光信号在传输过程中引入的损耗。

本发明所述多波长光源1输出多波长光载波作为滤波器的光源；其中两台可调谐激光器(Tunable Laser1，Tunable Laser 2)12、13分别产生波长为1549nm、1550nm的单波长激光信号并输入到2km长的高非线性光纤(HNLF)16中，利用高非线性光纤的非线性系数产生四波混频效应，形成多波长光信号输出，中间引入掺饵光纤放大器(EDFA1)15用于提高可调谐激光器输出功率增加多波长数目。

本发明所述的多波长光源1的输出6个光波长，作为光源，形成6个抽头；单模光纤7的长度取值范围可为5～30km(这里选取为5km)，作为色散延迟器件。

本发明经过相位调制器5调制后的光信号输入到波整形器(Waveshaper)8中进行整形滤波，利用波整形器抑制去除光载波的上边带调制信号，只保留下边带调制信号，并且使产生四波混频效应的两个主载波拥有相同的功率和相位，奇数阶旁波拥有相同功率的同时引入相对于主载波的180°的相移，偶数阶旁波拥有相同功率的同时引入相对于主载波的0°的相移，最终经5km长的单模光纤(SMF)9传输到光电探测器10上，经光电探测器10拍频后传输到频谱分析仪11上观察现象，形成陷波滤波器响应。

本发明利用波整形器(Waveshaper)8形成陷波滤波器响应的同时，对于每个光载波和上边带调制信号另外引入相移量θ，实现陷波滤波的调谐，因此第n个抽头的相移为：Δφ_n＝Δφ'_n+nθ，Δφ'_n为第n个抽头的初始相位0°或180°，nθ为第n个抽头额外引入相移量，因此陷波中心频率可以由此得到f'_notch为初始陷波频率，Δλ是输入信号光的波长间隔，D是单模光纤(9)的色散系数；根据引入的相移量θ在0到360°内变化时，能够实现陷波频率在一个自由频谱范围内的调谐，而微波光子滤波器的自由频谱范围为其中T是由单模光纤9的色散引入的延迟，与自由频谱范围成倒数关系L是单模光纤9的长度，进而实现滤波器通带中心频率连续可调谐。

由附图2可知，当通过控制两台可调谐激光器输出的波长使基于四波混频效应产生的多波长光源的波长间隔为1nm时，在17.58GHz和29.31GHz处分别存在两个陷波(Notch1、Notch2)，通过引入相移量实现陷波位置(Notch1)向右调谐；当相移量在0到360°内变化时，能够实现陷波位置(Notch1)在17.58GHz～29.31GHz内实现连续调谐。

本发明提出的这种可调谐陷波微波光子滤波器，利用四波混频效应产生多波长激光作为微波光子滤波器的光源，实现多抽头；由波整形器(Waveshaper)控制相位调制后产生的光电流的相位和边带形成馅波，并另外引入相移量形成复系数实现陷波连续调谐，实现了滤波器通带中心频率的连续可调谐，且提高了调谐灵敏度，该滤波器具有体积小，结构简单，制作技术成熟，成本合适等优点，可应用于国防、工业生产以及民用滤波领域。

应当明确的是，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，按本发明构思所做出的显而易见的改进和修饰都应该在本发明的保护范围之内。