本发明涉及微波光子学领域，具体涉及一种宽带连续调谐光载微波滤波装置。
背景技术：
滤波是微波信号处理中的关键环节，随着电磁环境的日益复杂，对信号处理的带宽和速率要求也越来越高，这对传统的电子滤波器提出了挑战。近年来，微波光子技术以其大带宽、高分辨率和抗电磁干扰等优势，在微波信号的产生、传输与处理等领域受到极大关注，尤其是在微波滤波方面，其灵活的滤波调谐能力和波形重构潜力为微波信号处理提供了有力手段。
微波光子滤波器的原理可大致描述如下：微波信号通过电光调制器调制到光载波上，再用光学滤波手段直接在光域进行滤波，允许特定频率信号通过的同时，抑制其它频率的微波信号，最后再由探测器完成光电转换，这样就完成了电信号在光域的滤波。微波光子滤波器一般用做频道选择和干扰抑制两种用途。第一种应用，微波光子滤波器从多种光载微波信号中提取出所需要的频谱，一般要求微波光子滤波器可调谐，使得其能在不同频道之间转换。第二种应用是在光链路中传输的信号有需要的信号，也有干扰信号，使用微波光子滤波器是要过滤掉干扰信号从而选出需要的信号。
现有微波光子滤波器，采用的光域滤波技术有基于受激布里渊散、基于光纤光栅以及基于FP腔等方案。这些方案均可实现可调谐微波光子滤波，但是由于频率响应的周期性特性，不易实现单通带滤波，同时也存在调谐范围小、调谐不够灵活等其它问题。
技术实现要素：
由于是现有微波光子滤波器的调谐不够灵活，不易实现单通带滤波，以及调谐范围小等问题，本发明提出一种宽带连续调谐光载微波滤波装置。
本发明提出一种宽带连续调谐光载微波滤波装置，包括：光谱烧孔晶体1、低温恒温器2、电光调制器3、载波激光器4、光纤准直器5、频率精确调谐激光器6、任意信号发生器7、汇聚透镜8、扩束透镜9；
所述载波激光器4和所述电光调制器3通过光纤连接，用于发射载波激光至所述电光调制器3；
所述电光调制器3和所述光纤准直器5通过光纤连接，用于将接收的微波信号加载到所述载波激光上，并将加载微波信号的载波激光发送至所述光纤准直器5；
所述光纤准直器5对加载微波信号的载波激光进行空间光输出处理，得到待滤波光载微波信号，发送至所述汇聚透镜8；
所述频率精确调谐激光器6根据所述任意信号发生器7的控制指令，发射频率精确可调谐的空间激光，输出烧孔预设激光至所述汇聚透镜8；
所述汇聚透镜8接收所述待滤波光载微波信号与所述烧孔预设激光，并以一定角度交叉折射至所述光谱烧孔晶体1内的预设点；
所述光谱烧孔晶体1固定设于低温恒温器2内，用于接收所述待滤波光载微波信号与所述烧孔预设激光，在所述烧孔预设激光的作用下，所述光谱烧孔晶体1的离子被激发至上能级，在上能级寿命时间内，所述光谱烧孔晶体1内留下对应激光频率的光谱烧孔，所述待滤波光载微波信号经过所述的光谱烧孔，则对应光谱烧孔频率的信号透过，其它频率的信号被所述光谱烧孔晶体吸收，实现滤波；
所述扩束透镜9接收所述待滤波光载微波信号与所述烧孔预设激光，待滤波光载微波信号折射得到滤波后的光载微波信号；
其中，所述载波激光器4为单频窄线宽激光器。
优选地，还包括：反射镜10、半波片11、第一偏振分束器12和第二偏振分束器13；
所述半波片11设于所述频率精确调谐激光器6和所述第一偏振分束器12之间，用于控制所述频率精确调谐激光器6发送的所述烧孔预设激光的偏振方向，以和经所述反射镜10反射的待滤波光载微波信号的偏振方向垂直；
所述第一偏振分束器12接收所述烧孔预设激光和所述待滤波光载微波信号，并将所述烧孔预设激光和所述待滤波光载微波信号合为一束信号，依次发送至所述汇聚透镜8、所述光谱烧孔晶体1和所述扩束透镜9；
所述第二偏振分束器13将接收的信号分为两束，以输出经光谱烧孔滤波后的光载微波信号。
优选地，还包括：第一光开关14、第二光开关15和同步控制装置16；
所述第一光开关14设于所述频率精确调谐激光器6和所述汇聚透镜8之间，用于控制所述频率精确调谐激光器6发送的所述烧孔预设激光的通过；
所述第二光开关15设于所述光纤准直器5和所述汇聚透镜8之间，用于控制所述光纤准直器5发送的所述待滤波光载微波信号的通过；
所述同步控制装置16与所述第一光开关14和所述第二光开关15分别通信连接，用于控制所述第一光开关14和所述第二光开关15的时序，以使所述待滤波光载微波信号与所述烧孔预设激光交替照射晶体。
优选地，所述光谱烧孔晶体1还用于：
接收所述烧孔预设激光照射后，所述光谱烧孔晶体1的离子在上能级寿命时间内，待滤波光载微波信号照射所述光谱烧孔晶体1的预设点，对应光谱烧孔频率的光载微波信号透过，其它频率被所述光谱烧孔晶体1吸收，实现精细滤波；采用不同频率范围的烧孔预设激光照射所述光谱烧孔晶体1，即可在所述光谱烧孔晶体1内留下不同的光谱烧孔，实现可重构可调谐微波光子滤波。
优选地，所述光谱烧孔晶体1中的掺杂离子包括铥Tm3+、铒Er3+、镨Pr3+、钬Ho3+、铽Tb3+、铕Eu3+、钕Nd3+；所述光谱烧孔晶体基质材料包括钇铝石榴石Y3Al5O12、铌酸锂LiNbO3；离子掺杂浓度范围为0.001％至2％；根据不同离子、不同基质以及不同浓度的光谱烧孔晶体的低温吸收谱来决定需要的激光波长；所述光谱烧孔晶体1采用不同离子、不同基质以及不同掺杂浓度的晶体，所构成的所述宽带连续调谐光载微波滤波装置调谐带宽范围为百MHz至百GHz。
优选地，所述光谱烧孔晶体1的温度控制在2K至30K可调，所述光谱烧孔晶体1设于低温热沉上，所述低温热沉通过液氦循环制冷或压缩机制冷。
优选地，所述光谱烧孔晶体1所处的环境还包括外加磁场设计，通过系统控制装置控制外加磁场强度实现高频率分辨率的滤波。
优选地，所述频率精确调谐激光器6在微秒时间内发射频率范围MHz至GHz的扫频激光，在晶体内形成频率范围MHz至GHz的单通带光谱烧孔，以实现对光载微波信号的灵活可调谐单通带滤波。
优选地，所述载波激光与所述烧孔预设激光也可以完全共线。
优选地，所述载波激光与所述烧孔预设激光可以连续照射晶体，或经光开关同步控制，交替照射晶体。
由上述技术方案可知，本发明的宽带连续调谐光载微波滤波装置基于暂态光谱烧孔，具有可在宽频率范围内灵活调谐、易实现单通带频率响应等特性。用窄带宽的可调谐激光照射光谱烧孔晶体，激光频率处于晶体的非均匀加宽的轮廓内时，将激光频率附近的部分离子激发到高激发态，在激发态寿命时间内，照射光频率附近的吸收谱将出现凹陷，达成光谱烧孔的目的。光谱烧孔晶体同时具有窄的均匀展宽和宽的非均匀展宽，所以可以区分入射光的不同频谱成分，形成一个宽带精细滤波器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种宽带连续调谐光载微波滤波装置结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的一种宽带连续调谐光载微波滤波装置结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种宽带连续调谐光载微波滤波装置结构示意图；
图4为光谱烧孔晶体的吸收线型示意图；
图5为光谱烧孔示意图；
图6为经光谱烧孔滤波后的光载微波信号示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1示出了本实施例提供的一种宽带连续调谐光载微波滤波装置结构示意图，包括：光谱烧孔晶体1、低温恒温器2、电光调制器3、载波激光器4、光纤准直器5、频率精确调谐激光器6、任意信号发生器7、汇聚透镜8、扩束透镜9；
所述载波激光器4和所述电光调制器3通过光纤连接，用于发射载波激光至所述电光调制器3；
所述电光调制器3和所述光纤准直器5通过光纤连接，用于将接收的微波信号加载到所述载波激光上，并将加载微波信号的载波激光发送至所述光纤准直器5；
所述光纤准直器5对加载微波信号的载波激光进行空间光输出处理，得到待滤波光载微波信号，发送至所述汇聚透镜8；
所述频率精确调谐激光器6根据所述任意信号发生器7的控制指令，发射频率精确可调谐的空间激光，输出烧孔预设激光至所述汇聚透镜8；
所述汇聚透镜8接收所述待滤波光载微波信号与所述烧孔预设激光，并以一定角度交叉折射至所述光谱烧孔晶体1内的预设点；
所述光谱烧孔晶体1固定设于低温恒温器2内，用于接收所述待滤波光载微波信号与所述烧孔预设激光，在所述烧孔预设激光的作用下，所述光谱烧孔晶体1的离子被激发至上能级，在上能级寿命时间内，所述光谱烧孔晶体1内留下对应激光频率的光谱烧孔，所述待滤波光载微波信号经过所述的光谱烧孔，则对应光谱烧孔频率的信号透过，其它频率的信号被所述光谱烧孔晶体吸收，实现滤波；
所述扩束透镜9接收所述待滤波光载微波信号与所述烧孔预设激光，待滤波光载微波信号折射得到滤波后的光载微波信号；
其中，所述载波激光器4为单频窄线宽激光器。
本实施例提供的宽带连续调谐光载微波滤波装置基于暂态光谱烧孔，具有可在宽频率范围内灵活调谐、易实现单通带频率响应等特性。用窄带宽的可调谐激光照射光谱烧孔晶体，激光频率处于晶体的非均匀加宽的轮廓内时，将激光频率附近的部分离子激发到高激发态，在激发态寿命时间内，照射光频率附近的吸收谱将出现凹陷，达成光谱烧孔的目的。光谱烧孔晶体同时具有窄的均匀展宽和宽的非均匀展宽，所以可以区分入射光的不同频谱成分，形成一个宽带精细滤波器。
可选地，所述光谱烧孔晶体1还用于：
接收所述烧孔预设激光照射后，所述光谱烧孔晶体1的离子在上能级寿命时间内，待滤波光载微波信号照射所述光谱烧孔晶体1的预设点，对应光谱烧孔频率的光载微波信号透过，其它频率被所述光谱烧孔晶体1吸收，实现精细滤波；采用不同频率范围的烧孔预设激光照射所述光谱烧孔晶体1，即可在所述光谱烧孔晶体1内留下不同的光谱烧孔，实现可重构可调谐微波光子滤波。
具体地，所述光谱烧孔晶体1中的掺杂离子包括铥Tm3+、铒Er3+、镨Pr3+、钬Ho3+、铽Tb3+、铕Eu3+、钕Nd3+；所述光谱烧孔晶体基质材料包括钇铝石榴石Y3Al5O12、铌酸锂LiNbO3；离子掺杂浓度范围为0.001％至2％；根据不同离子、不同基质以及不同浓度的光谱烧孔晶体的低温吸收谱来决定需要的激光波长；所述光谱烧孔晶体1采用不同离子、不同基质以及不同掺杂浓度的晶体，所构成的所述宽带连续调谐光载微波滤波装置调谐带宽范围为百MHz至百GHz。
进一步地，所述光谱烧孔晶体1的温度控制在2K至30K可调，所述光谱烧孔晶体1设于低温热沉上，所述低温热沉通过液氦循环制冷或压缩机制冷。
更进一步地，所述光谱烧孔晶体1所处的环境还包括外加磁场设计，通过系统控制装置控制外加磁场强度实现高频率分辨率的滤波。
具体地，所述频率精确调谐激光器6在微秒时间内发射频率范围MHz至GHz的扫频激光，在晶体内形成频率范围MHz至GHz的单通带光谱烧孔，以实现对光载微波信号的灵活可调谐单通带滤波。
进一步地，所述载波激光与所述烧孔预设激光也可以完全共线。
更进一步地，所述载波激光与所述烧孔预设激光可以连续照射晶体，或经光开关同步控制，交替照射晶体。
举例来说，所用的光谱烧孔晶体1为Tm3+:YAG，离子掺杂浓度为0.1％，上能级寿命10ms。晶体安装于低温恒温器2内的低温热沉上，通过压缩机制冷，晶体温度控制在2K到30K可调。
Tm3+:YAG晶体在激光照射下，离子被激发至上能级，在上能级寿命时间内，晶体内留下对应激光频率的光谱烧孔；微波信号通过所述的电光调制器3加载到载波激光器4发射的载波激光上；载波激光器4为单频窄线宽激光器，与电光调制器3经光纤直接连接，然后经光纤准直器5成为空间光输出，得到待滤波光载微波信号；频率精确调谐激光器6受任意信号发生器7控制，发射的激光频率精确可调谐，直接空间光输出成为烧孔预设激光；待滤波光载微波信号与所述烧孔预设激光以一定角度交叉，经汇聚透镜8聚焦至Tm3+:YAG晶体内的同一点，然后待滤波光载微波信号经光谱烧孔滤波，经扩束透镜9出射得到滤波后的光载微波信号。烧孔预设激光照射晶体，离子上能级寿命时间10ms内，待滤波光载微波信号照射晶体相同位置，则对应光谱烧孔频率的光载微波信号透过，其它频率被晶体吸收，实现精细滤波；采用不同频率范围的激光照射所述光谱烧孔晶体，即可在晶体内留下不同的光谱烧孔，实现可重构可调谐微波光子滤波。
Tm3+:YAG非均匀展宽为20GHz，4K温度下均匀展宽100KHz，则可在20GHz范围内实现可调谐可重构的精细微波光子滤波。载波激光器为Littrow结构单频窄线宽半导体激光器，发射激光波长793nm。烧孔预设激光器也为Littrow结构单频窄线宽半导体激光器，发射激光中心波长为793nm，任意信号发生器通过激光器内的压电陶瓷控制其光栅角度，发射频率在40GHz范围内快速精确可调。频率精确调谐激光器可在微秒时间内发射数百MHz至数GHz的扫频激光，在晶体内形成数百MHz至数GHz的单通带光谱烧孔，从而实现对光载微波信号的单通带滤波。烧孔预设激光器也可在微秒时间内发射频率非连续的激光，实现灵活的可调谐可重构微波光子滤波。
图2示出了本实施例提供的一种宽带连续调谐光载微波滤波装置结构示意图，除了包括图1对应实施例的组成，还包括：反射镜10、半波片11、第一偏振分束器12和第二偏振分束器13；
所述半波片11设于所述频率精确调谐激光器6和所述第一偏振分束器12之间，用于控制所述频率精确调谐激光器6发送的所述烧孔预设激光的偏振方向，以和经所述反射镜10反射的待滤波光载微波信号的偏振方向垂直；
所述第一偏振分束器12接收所述烧孔预设激光和所述待滤波光载微波信号，并将所述烧孔预设激光和所述待滤波光载微波信号合为一束信号，依次发送至所述汇聚透镜8、所述光谱烧孔晶体1和所述扩束透镜9；
所述第二偏振分束器13将接收的信号分为两束，以输出经光谱烧孔滤波后的光载微波信号。
图3示出了本实施例提供的一种宽带连续调谐光载微波滤波装置结构示意图，除了包括图1对应实施例的组成，还包括：第一光开关14、第二光开关15和同步控制装置16；
所述第一光开关14设于所述频率精确调谐激光器6和所述汇聚透镜8之间，用于控制所述频率精确调谐激光器6发送的所述烧孔预设激光的通过；
所述第二光开关15设于所述光纤准直器5和所述汇聚透镜8之间，用于控制所述光纤准直器5发送的所述待滤波光载微波信号的通过；
所述同步控制装置16与所述第一光开关14和所述第二光开关15分别通信连接，用于控制所述第一光开关14和所述第二光开关15的时序，以使所述待滤波光载微波信号与所述烧孔预设激光交替照射晶体。
图4为光谱烧孔晶体的吸收线型示意图，横坐标代表频率，纵坐标代表吸收率，曲线为光谱烧孔晶体的吸收线型。可见，在较大的频率范围内，光谱烧孔晶体均有较强的吸收率。基于光谱烧孔的光载微波滤波装置可在此频率范围内实现可灵活调谐、可重构的光载微波信号滤波，根据选用晶体的不同，此频率范围可达数十GHz至上百GHz。
图5为光谱烧孔示意图，横坐标代表频率，纵坐标代表吸收率，曲线上的凹陷代表光谱烧孔。频率精确调谐激光设定好频率范围并照射晶体，将晶体中处于基态且共振频率相同的部分离子率先激发到激发态。由于这些共振频率相对应的离子已经全在激发态上，无法再吸收光子能量，因此在这些频率位置形成光谱烧孔。
图6为经光谱烧孔滤波后的光载微波信号示意图，横坐标代表频率，纵坐标代表透过率，曲线代表经图5中的光谱烧孔滤波后的光载微波信号。激发态寿命时间内，光谱烧孔对应频率的离子处于激发态上，无法再吸收光子能量，因此对应频率的光载微波信号透射，但其它频率的光载微波信号被晶体吸收，从而实现对光载微波信号的滤波。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。