一種基于受激布里淵散射的可調(diào)諧雙通帶微波光子濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微波光子濾波器，更特別地說(shuō)，是指一種基于受激布里淵散射的 可調(diào)諧雙通帶微波光子濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波光子濾波器(MPF)是在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)微波/射頻(RF)信號(hào)進(jìn)行濾波的器件，在 無(wú)線通信系統(tǒng)中MPF可以用來(lái)區(qū)分不同的頻段，通過(guò)減小相鄰信道的串?dāng)_來(lái)改善信號(hào)的質(zhì) 量。由于受激布里淵散射(SBS)具有高選擇性的增益譜和衰減譜，以及低閾值和可集成的特 性，被廣泛應(yīng)用在微波光子濾波技術(shù)中，用來(lái)實(shí)現(xiàn)窄帶寬濾波。
[0003] 目前，基于SBS的微波光子濾波器主要研究的是單通帶濾波特性，雙通帶以及多通 帶濾波往往被忽略。除此之外，很多基于SBS的單通帶濾波器都只考慮了 SBS增益譜的影響， 忽略了SBS衰減譜的作用。
[0004] 在2011 年 11月1 日第23卷《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS》中公開了 "Widely Tunable Single-Passband Microwave Photonic Filter Based on Stimulated Brillouin Scattering"。譯文為:基于受激布里淵散射的大調(diào)諧范圍的單通帶微波光子濾 波器。該微波光子濾波器使用了相位調(diào)制光信號(hào)以及載波抑制的雙邊帶栗浦，實(shí)現(xiàn)了非常 高的濾波靈敏度，但是該濾波結(jié)構(gòu)(在本文專利申請(qǐng)中作為圖1A)只考慮了一個(gè)SBS增益譜 形成的濾波通帶，只能實(shí)現(xiàn)單通帶濾波。
[0005] 在2013年 1 月28 日第21 卷《OPTICS EXPRESS》中公開了 "An ultrawide tunable range single passband microwave photonic filter based on stimulated Brillouin scattering"。譯文為:一種超大調(diào)諧范圍的單通帶受激布里淵散射微波光子濾波器。該微 波光子濾波器結(jié)構(gòu)(在本文專利申請(qǐng)中作為圖1B)考慮了SBS衰減譜的作用，使用了一個(gè)額 外的激光光源作為光栗浦，通過(guò)重疊和平衡增益譜與衰減譜實(shí)現(xiàn)超大的調(diào)諧范圍，但是使 用兩個(gè)獨(dú)立的激光光源會(huì)引起濾波響應(yīng)的不穩(wěn)定，而且其調(diào)諧過(guò)程是非常復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于受激布里淵散射的可調(diào)諧雙通帶微波光子濾波器，一方面 通過(guò)偏置回饋控制單元對(duì)電光調(diào)制器進(jìn)行閉環(huán)控制，使得處于載波抑制狀態(tài)的電光調(diào)制器 輸出雙波長(zhǎng)布里淵栗浦；另一方面通過(guò)改變加載在電光調(diào)制器上射頻信號(hào)的頻率，可以改 變調(diào)制邊帶所處的頻率位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雙波長(zhǎng)栗浦頻率間隔的調(diào)諧，通過(guò)兩對(duì)布里淵譜 的共同作用最終在濾波響應(yīng)上形成兩個(gè)中心頻率可以調(diào)諧的兩個(gè)幅值一致的通帶。摻鉺光 纖放大器對(duì)雙波長(zhǎng)栗浦進(jìn)行功率放大，從而實(shí)現(xiàn)超高的阻帶抑制比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在 1.8GHz到20GHz范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，同時(shí)阻帶抑制比均超過(guò)3 5dB。
[0007] 本發(fā)明是一種基于受激布里淵散射的可調(diào)諧雙通帶微波光子濾波器，該濾波器包 括有信號(hào)源單元(1)、濾波信號(hào)產(chǎn)生單元(2)、多波長(zhǎng)栗浦單元(3)、偏置回饋控制單元(4)和 第一光電探測(cè)器(5);
[0008] 所述信號(hào)源單元（1)用于產(chǎn)生光載光波和栗浦光波;信號(hào)源單元（1)中包括有光源 (1A)、第一隔離器（1B)和第一耦合器（1C)，且光源（1A)、第一隔離器（1B)和第一耦合器（1C) 的輸入端為順次連接，第一耦合器（1C)的一輸出端與第二偏振控制器(2A)連接，第一耦合 器(1C)的另一輸出端與第一偏振控制器(3A)連接；
[0009] 所述濾波信號(hào)產(chǎn)生單元(2)用于對(duì)所需頻段進(jìn)行選擇性的放大，并輸出選擇性放 大后的光波;濾波信號(hào)產(chǎn)生單元(2)中包括有第二偏振控制器(2A)、相位調(diào)制器(2B)、第二 隔離器(2C)、單模光纖（2D)、環(huán)形器(2E)和色散補(bǔ)償器(2F)，且第二偏振控制器(2A)、相位 調(diào)制器(2B)、第二隔離器(2C)、單模光纖(2D)、環(huán)形器(2E)和色散補(bǔ)償器(2F)為順次連接， 色散補(bǔ)償器(2F)的輸出端與第一光電探測(cè)器(5)連接;環(huán)形器(2E)的1端口與摻鉺光纖放大 器(3E)的輸出端連接，環(huán)形器(2E)的2端口與單模光纖（2D)的一端連接，環(huán)形器(2E)的3端 口與色散補(bǔ)償器(2F)的輸入端連接；
[0010] 所述多波長(zhǎng)栗浦單元(3)用于輸出穩(wěn)定的窄波抑制的雙邊帶調(diào)制信號(hào)；多波長(zhǎng)栗 浦單元(3)包括有第一偏振控制器(3A)、電光調(diào)制器(3C)、第二耦合器(3D)、摻鉺光纖放大 器(3E)和信號(hào)發(fā)生器(3B);信號(hào)發(fā)生器(3B)與電光調(diào)制器(3C)的1端口連接，第一偏振控制 器(3A)與電光調(diào)制器(3C)的2端口連接，電光調(diào)制器(3C)的3端口與第二耦合器(3D)相連， 第二親合器(3D)的一輸出端與摻鉺光纖放大器(3E)的輸入端相連，第二親合器(3D)的另一 輸出端與第二光電探測(cè)器(4A)相連，摻鉺光纖放大器(3E)的輸出端與環(huán)形器(2E)的1端口 相連，電光調(diào)制器(3C)的4端口與偏置回饋控制模塊(4B)連接；
[0011] 所述偏置回饋控制單元(4)用于輸出穩(wěn)定在最小偏置點(diǎn)的偏置電壓信號(hào)；偏置回 饋控制單元(4)包括有第二光電探測(cè)器(4A)和偏置控制模塊(4B)，第二光電探測(cè)器(4A)和 偏振調(diào)制模塊(4B)為順次連接;所述電光調(diào)制器(3C)的4端口與偏置控制電路模塊(4B)連 接；
[0012] 所述第一光電探測(cè)器(5)用于輸出濾波處理后的微波信號(hào)RF0Ut。
[0013] 本發(fā)明基于受激布里淵散射的可調(diào)諧雙通帶微波光子濾波器的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0014] ①在電光調(diào)制器3C上使用偏置控制模塊4C，使所述的電光調(diào)制器3C時(shí)刻處于載波 抑制狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)尚阻帶抑制比，提尚濾波響應(yīng)的穩(wěn)定性。
[0015] ②本發(fā)明設(shè)計(jì)的可調(diào)諧雙通帶微波光子濾波器同時(shí)考慮了受激布里淵散射(SBS) 增益譜與衰減譜的影響，采用偏置控制模塊4C與電光調(diào)制器3C的配合調(diào)諧雙波長(zhǎng)栗浦的頻 率位置，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通帶性能基本一致的基于受激布里淵散射濾波器可調(diào)諧的通帶濾波。
[0016] ③在雙波長(zhǎng)栗浦光注入單模光纖2D之前使用高性能的摻鉺光纖放大器3E，補(bǔ)償光 路中的損耗，使濾波響應(yīng)實(shí)現(xiàn)更窄的帶寬以及更高的阻帶抑制比。
[0017] ④本發(fā)明對(duì)多波長(zhǎng)栗浦單元3輸出的第二路光波L3D_2經(jīng)光電探測(cè)器4A轉(zhuǎn)換為射頻 信號(hào)，后經(jīng)偏置控制模塊4C的諧波分析，從而實(shí)現(xiàn)了電光調(diào)制器3C的偏置電壓高性能的動(dòng) 態(tài)調(diào)節(jié)，有利于提尚濾波響應(yīng)的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1A是基于受激布里淵散射的大調(diào)諧范圍的單通帶微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖1B是一種超大調(diào)諧范圍的單通帶受激布里淵散射微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明的基于受激布里淵散射的可調(diào)諧雙通帶微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明濾波器中多波長(zhǎng)栗浦單元的光路結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖4是本發(fā)明濾波器中偏置回饋控制模塊的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0023]圖4A是本發(fā)明偏置回饋控制模塊中濾波單元的電路原理圖。
[0024]圖4B是本發(fā)明偏置回饋控制模塊中偏置電壓處理單元的電路原理圖。
[0025]圖4C是本發(fā)明偏置回饋控制模塊中低頻射頻產(chǎn)生單元的電路原理圖。
[0026]圖4D是本發(fā)明偏置回饋控制模塊中處理器的部分電路原理圖。
[0027]圖4E是本發(fā)明偏置回饋控制模塊中處理器的另一部分電路原理圖。
[0028] 圖5是本發(fā)明濾波器中信號(hào)源單元的光路結(jié)構(gòu)圖。
[0029] 圖6是本發(fā)明濾波器中濾波信號(hào)產(chǎn)生單元的光路結(jié)構(gòu)圖。
[0030] 圖6A是本發(fā)明濾波器中相位調(diào)制頻率譜及電光調(diào)制器(Ε0Μ)輸出的載波抑制狀態(tài) 的布里淵雙波長(zhǎng)栗浦關(guān)系圖。圖中pumpl表不第一栗浦光波；pump2表不第二栗浦光波； 區(qū)8；[111表示所述卩1111^|1產(chǎn)生的斯托克斯波增益譜（51：01^8 63；[11);〖3；[112表示所述卩1111^|2產(chǎn)生 的斯托克斯波增益譜（Stokes Gain); Si表示下邊帶調(diào)制信號(hào)；S2表示上邊帶調(diào)制信號(hào)； lossl表示所述pump 1產(chǎn)生的反斯托克斯波損耗譜(Anti-Stokes Loss); loss2表示所述 pump2產(chǎn)生的反斯托克斯波損耗譜(Anti-Stokes Loss) ;G表示受激布里淵散射(SBS)增益 區(qū)間;A表示受激布里淵散射(SBS)衰減區(qū)間；f表示待處理的射頻信號(hào)RFin的中心頻率;f c表 示光源出射的激光的中心頻率表示信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的振蕩頻率(即驅(qū)動(dòng)頻率）；fB表示受 激布里淵散射(SBS)的下頻移。
[0031 ]圖7A是本發(fā)明濾波器載波抑制Ε0Μ雙波長(zhǎng)栗浦在驅(qū)動(dòng)頻率為8GHz下的濾波響應(yīng)曲 線。
[0032]圖7B是本發(fā)明濾波器載波抑制Ε0Μ雙波長(zhǎng)栗浦在驅(qū)動(dòng)頻率為6GHz下的濾波響應(yīng)曲 線。
[0033]圖7C是本發(fā)明濾波器載波抑制Ε0Μ雙波長(zhǎng)栗浦在驅(qū)動(dòng)頻率為4GHz下的濾波響應(yīng)曲 線。
[0034]圖8是本發(fā)明濾波器中摻餌光纖放大器放大的載波抑制的雙波長(zhǎng)布里淵栗浦結(jié) 果。
[0035]圖9是本發(fā)明濾波器響應(yīng)在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)諧結(jié)果。
[0036]圖10是本發(fā)明濾波器在10.2GHz~11.5GHz范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)諧時(shí)的濾波響應(yīng)結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0038]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0039] 參見圖2所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于受激布里淵散射的可調(diào)諧雙通帶微波光子 濾波器，其包括有信號(hào)源單元1、濾波信號(hào)產(chǎn)生單元2、多波長(zhǎng)栗浦單元3、偏置回饋