一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器的制造方法
【專利摘要】一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器，屬于微波光子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應(yīng)以及增益譜與損耗譜疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)的超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器。由激光器、第一光耦合器、相位調(diào)制器、光隔離器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、高非線性光纖、第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器、第一強(qiáng)度調(diào)制器、第二光耦合器、第一光濾波器、第二光濾波器、第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器、第二強(qiáng)度調(diào)制器、第三強(qiáng)度調(diào)制器、第一摻鉺光纖放大器、第二摻鉺光纖放大器、第三光耦合器、光環(huán)形器和光電探測(cè)器組成。本發(fā)明減小了濾波器的3dB帶寬，并且增加了濾波器的頻率調(diào)諧范圍，從而增加了濾波器的Q值。
【專利說明】—種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波光子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應(yīng)以及增益譜與損耗譜疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)的超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]微波光子濾波器是光載微波/毫米波系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，具有低損耗、高工作頻率、抗電磁干擾、具有靈活的可調(diào)諧性和可重構(gòu)性。單通帶、可調(diào)諧、高品質(zhì)因數(shù)(Q值)的微波光子濾波器在軍事、衛(wèi)星遙感、寬帶無線通信和天文探測(cè)等方面有廣泛的應(yīng)用。
[0003]在一些需要窄帶濾波的場(chǎng)合需要高Q值的微波光子濾波器，濾波器的Q值越高，其傳輸特性曲線在峰值處越陡峭，選頻特性越好。增加微波光子濾波器的Q值是科研人員一直努力追求的目標(biāo)，一般用級(jí)聯(lián)方法增加Q值，Enming Xu實(shí)現(xiàn)了 IIR濾波器和IIR濾波器的級(jí)聯(lián)，提出在其中一個(gè)IIR濾波器中引入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成功克服了兩個(gè)IIR濾波器中光信號(hào)之間的干涉，獲得了穩(wěn)定的濾波器頻率響應(yīng)，解決了兩個(gè)IIR濾波器不能級(jí)聯(lián)的難題，通過適當(dāng)設(shè)置兩個(gè)IIR濾波器的不同F(xiàn)SR，由于游標(biāo)卡尺效應(yīng)，級(jí)聯(lián)后的自由譜范圍(FSR)大幅地增加，從而使Q值大幅度地增加，可以達(dá)到3338(Enming Xu, Xinliang Zhang, Lina Zhou, YuZhang, Yuan Yu, Xiang Li, and Dexiu Huang, Ultrahigh-Q microwave photonic filterwith Vernier effect and wavelength conversion in a cascaded pair of activeloops, Optics Letters, 2010,35(8): 1242-1244)。Jie Liu 用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的無限沖擊響應(yīng)(IIR)濾波器構(gòu)成了高Q值的微波光子濾波器，采用光電反饋回路，克服了光學(xué)相干問題，品質(zhì)因數(shù)達(dá)到了 4895.31 (Jie Liu, Nan Guo, Zhaohui Li, Changyuan Yu, and Chao Lv, Anultrahigh-Q microwave photonic filter with tunable Q value utilizing cascadedoptical-electrical feedback loops, OPTICS LETTERS, 2013, 38 (21): 4304-4307) ? 基于受激布里淵散射效應(yīng)的微波光子`濾波器具有單通帶、可調(diào)諧和高帶外抑制比，濾波器的3dB帶寬與受激布里淵散射譜的帶寬有關(guān)，Zhang Weiwei基于相位調(diào)制和受激布里淵散射效應(yīng)構(gòu)建了單通帶的微波光子濾波器，中心頻率的調(diào)諧范圍為I到20GHz，3dB帶寬為20MHz，Q值接近 1000 (Weiwei Zhang and Robert A.Minasian, Widely Tunable Single-PassbandMicrowave Photonic Filter Based on Stimulated Brillouin Scattering, IEEEPhotonics Technology Letters, 2011，23(23):1775-1777)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應(yīng)以及增益譜與損耗譜疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)的超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器。
[0005]本發(fā)明所述的高Q值的微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由激光器、第一光耦合器、相位調(diào)制器、光隔離器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、高非線性光纖、第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器、第一強(qiáng)度調(diào)制器、第二光耦合器、第一光濾波器、第二光濾波器、第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器、第二強(qiáng)度調(diào)制器、第三強(qiáng)度調(diào)制器、第一摻鉺光纖放大器、第二摻鉺光纖放大器、第三光耦合器、光環(huán)形器和光電探測(cè)器組成。
[0006]本發(fā)明中的強(qiáng)度調(diào)制都是小信號(hào)調(diào)制情況，除了一階上、下邊帶和載波，其余邊帶被忽略掉。
[0007]激光器輸出頻率為f。的單頻信號(hào)(圖2 (I))經(jīng)第一光耦合器一分為二，其中上支路的光信號(hào)作為光載波被送到相位調(diào)制器中，由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀掃頻輸出的包括頻率為fm的一系列具有一定頻帶寬度的待濾波的小幅微波信號(hào)通過相位調(diào)制器加載到光載波上，經(jīng)相位調(diào)制器后輸出的相位相反、強(qiáng)度相等的一系列一階上邊帶和下邊帶信號(hào)(圖2 (2)表示其中頻率為fm的信號(hào)調(diào)制后的頻譜)經(jīng)光隔離器進(jìn)入到高非線性光纖中；第一光耦合器輸出的下支路的光信號(hào)(圖2 (3))首先經(jīng)過第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器被頻率為&的微波信號(hào)調(diào)制，調(diào)整第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏置電壓，使其工作在載波抑制的單邊帶狀態(tài)，使其僅輸出一階上邊帶t+fo信號(hào)(圖2 (4))，此上邊帶信號(hào)繼續(xù)經(jīng)第一強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制被頻率為fB的信號(hào)調(diào)制(fB同時(shí)也為高非線性光纖的受激布里淵頻移量)，調(diào)整第一強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏置電壓，使其工作在載波抑制的雙邊帶輸出狀態(tài)，其輸出一階上、下邊帶分別為4+4+?和1+4-? (圖2 (5))的信號(hào)，這個(gè)一階上、下邊帶信號(hào)然后通過第二光耦合器分成兩路，其中一支路的信號(hào)經(jīng)過第一光濾波器將上邊帶信號(hào)濾掉，剩下頻率為f；+fcrfB的下邊帶信號(hào)(圖2 (6))，頻率為1+4-?的信號(hào)送入到第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器中被頻率為2fB的信號(hào)進(jìn)一步調(diào)制，調(diào)整第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏壓，使其工作在載波抑制的單邊帶調(diào)制狀態(tài)，輸出僅為一階下邊帶，從而輸出頻率為f；+fcr3fB的信號(hào)(圖2 (7))，然后這個(gè)信號(hào)被送入到第二強(qiáng)度調(diào)制器中被頻率為2fB的信號(hào)進(jìn)一步調(diào)制，得到頻率為f；+fcrfB、fc+fQ-3fB和fe+fQ-5fBS個(gè)信號(hào)(圖2 (8))，然后這個(gè)信號(hào)被送入到第三強(qiáng)度調(diào)制器中被頻率為4 (4是根據(jù)想要實(shí)現(xiàn)的濾波器的帶寬而設(shè)定的頻率值)信號(hào)進(jìn)一步調(diào)制，第三強(qiáng)度 調(diào)制器的工作狀態(tài)設(shè)置為載波抑制的雙邊帶調(diào)制，則得到頻率為f；+fcrfB+fV和?；+?.ο?、fc+f0-3fB+fL 和 fc+f0-3fB-fL 以及 fc+f0-5fB+fL 和 fc+f0-5fB-fL 的六個(gè)信號(hào)(圖 2 (9)),?六個(gè)信號(hào)將作為泵浦信號(hào)的一部分被送入到第一摻鉺光纖放大器；第二光耦合器輸出的二支路信號(hào)被第二光濾波器進(jìn)行濾波，剩下頻率為的信號(hào)(圖2 (10))，被送入到第二摻鉺光纖放大器中；第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器是為了調(diào)整泵浦光的光功率，以補(bǔ)償增益譜和損耗譜疊加時(shí)造成的增益峰值的降低。第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器輸出包含頻率成分為t+W fc+fo-fB+fL和f；+fcrfB-fV、fc+f0-3fB+fL和fc+f0-3fB-fL以及1+4-54+4和的信號(hào)，經(jīng)第三光耦合器輸出后通過光環(huán)形器的2端口輸入，從光環(huán)形器的I端口輸出進(jìn)入到高非線性光線中，作為高非線性光纖產(chǎn)生受激布里淵散射效應(yīng)的泵浦信號(hào)。光隔離器輸出的經(jīng)相位調(diào)制的信號(hào)和這些泵浦信號(hào)在高非線性光纖中相互作用，發(fā)生受激布里淵散射后，通過環(huán)形器的I端口輸入，從環(huán)形器的3端口輸出，然后通過光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后送入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，從而探測(cè)得到頻率為fm的微波信號(hào)。
[0008]濾波器的高Q值是通過減小輸出頻譜的3dB帶寬來實(shí)現(xiàn)的，濾波器帶寬窄化的處理是通過增加泵浦光引入損耗譜使得與產(chǎn)生的增益譜疊加起來，通過疊加就使得增益譜在原來的基礎(chǔ)上變窄。具體實(shí)現(xiàn)過程如下:激光器輸出信號(hào)的頻率為f。，設(shè)待濾波的信號(hào)中有頻率為fm (由網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出)的信號(hào)，則經(jīng)過相位調(diào)制后得到大小相等、相位相反的一階上、下階上邊帶信號(hào)1+4和這兩個(gè)邊帶信號(hào)經(jīng)光隔離器后送入到高非線性光線中；泵浦信號(hào)是 fc+f0+fB、fc+f0_fB+fL 和 fc+f0-fB_fL、fc+f0-3fB+fL fc+f0-3fB-fL 以及fc+f0-5fB+fL和1+4-54-4，其中1+4+?這個(gè)泵浦信號(hào)在頻率^ftl處產(chǎn)生增益譜，在頻率6+4+?處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)f；+fcrfB-fV在頻率f；+fcr%-fV處產(chǎn)生增益譜，在頻率f；+fcrfV處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)f；+fcrfB+fV在頻率f；+fcr2fB+fV處產(chǎn)生增益譜，在頻率處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)f；+fcr3fB-fV在頻率處產(chǎn)生增益譜，在頻率處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)在頻率處產(chǎn)生增益譜，在頻率處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)在頻率處產(chǎn)生增益譜，在頻率處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)匕+&-54+&在頻率處產(chǎn)生增益譜，在頻率f；+fcr4fB+fV處產(chǎn)生損耗譜(圖2 (11))。在所有產(chǎn)生的增益譜和損耗譜中，fc+fo-fB+fL和?^ο?產(chǎn)生的增益譜與和產(chǎn)生的損耗譜完全相抵消，f；+fQ-3fB+fV和產(chǎn)生的增益譜與和產(chǎn)生的損耗譜完全相抵消，而泵浦信號(hào)fdfcrf^fV和?；+?.ο?在頻率f；+fo+fV和CfcrfV處產(chǎn)生的兩個(gè)損耗譜與泵浦信號(hào)1+4+?在頻率處產(chǎn)生的增益譜相疊加使得該增益譜變窄，經(jīng)處理之后的受激布里淵散射譜如圖2 (12)。由于采用多個(gè)泵浦信號(hào)，并且它們之間產(chǎn)生的增益譜和損耗譜可以適當(dāng)?shù)窒?，因此增加了濾波器的頻率調(diào)諧范圍。當(dāng)Gftl時(shí)，fm信號(hào)經(jīng)相位調(diào)制器后輸出的一階上邊帶信號(hào)f；+fm正好處在頻率為處的經(jīng)疊加處理的增益譜內(nèi)如圖2 (13)，因此這個(gè)一階上邊帶信號(hào)f；+fm被增強(qiáng)，上邊帶f；+fm和下邊帶f>fm的強(qiáng)度不再相等，就可以探測(cè)得到頻率為fm的微波信號(hào)。
[0009]通過設(shè)定頻率4的數(shù)值、第一和第二摻鉺光纖放大器的放大倍數(shù)，可以調(diào)整疊加之后的增益譜的寬度，使之達(dá)到需要的數(shù)值。由于該濾波器通帶是通過映射受激布里淵散射效應(yīng)產(chǎn)生的增益譜而得到的，所以通過對(duì)增益譜進(jìn)行變窄處理就可以使濾波器的帶寬變窄。
[0010]通過調(diào)整第一雙平行調(diào)制器的輸入微波信號(hào)的頻率L，則濾波器輸出信號(hào)的中心頻率將發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器輸出的頻率在一定范圍內(nèi)可以調(diào)諧。濾波器的Q值等于頻率調(diào)諧范圍與濾波器的3dB帶寬之比，本發(fā)明減小了濾波器的3dB帶寬，并且增加了濾波器的頻率調(diào)諧范圍，從而增加了濾波器的Q值。[0011]本發(fā)明選用波長(zhǎng)為1550nm的激光器,相位調(diào)制器工作光波長(zhǎng)為1525nm~1605nm,帶寬為32GHz ;網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率范圍為40M~40GHz ;光電探測(cè)器探測(cè)帶寬為35GHz ;高非線性光纖的受激布里淵增益線寬為gammaΒ=40ΜΗζ，布里淵頻移量fB=10GHz，長(zhǎng)度為1000米，增益和損耗峰值系數(shù)為5 ;光隔離器的隔離度大于40dB ;第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器和第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器帶寬為30GHz，均工作在載波抑制的單邊帶輸出狀態(tài)；第一強(qiáng)度調(diào)制器、第二強(qiáng)度調(diào)制器和第三強(qiáng)度調(diào)制器的帶寬均為32GHz ;第一光濾波器和第二光濾波器的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍為1548nm~1552nm,線寬小于IOGHz ;第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器的波長(zhǎng)范圍為1530~1560nm，放大倍數(shù)大于25倍。
[0012]fL 為 20MHz，設(shè)泵浦信號(hào) f；+fQ-fB+fL 和 f；+fcrfB-fL 在頻率 fe+fo+fV 和 f；+fcrfL 處產(chǎn)生的損耗譜的峰值與泵浦信號(hào)1+4+?在頻率f Jftl處產(chǎn)生增益譜的峰值之比為Y，當(dāng)增大Y時(shí)，這三個(gè)泵浦信號(hào)產(chǎn)生的總的增益峰值會(huì)降低，峰值的降低會(huì)減小濾波器的帶外抑制比，從而降低濾波器性能。所以需要在泵浦信號(hào)的支路中用第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器增加泵浦光的功率，以保證一個(gè)穩(wěn)定的增益峰，同時(shí)又需要增大Y來得到更窄的增益譜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1:高Q值微波光子濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2:增益譜變窄處理過程示意圖；
[0015]圖3:無光放大時(shí)增益和損耗峰值比不同時(shí)疊加之后的增益譜；
[0016]圖4:增益和損耗峰值比不同且疊加之后峰值不變的增益譜；
[0017]圖5:增益和損耗峰值比不同且疊加之后峰值不變時(shí)濾波器通帶示意圖；
[0018]圖6:濾波器的可調(diào)諧輸出特性。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1:[0020]選用Santec公司的TSL-510可調(diào)激光器作載波光源，設(shè)定波長(zhǎng)為1550nm(對(duì)應(yīng)頻率為fe=193.41THz),相位調(diào)制器為Photline公司的MPZ-LN-40，工作光波長(zhǎng)為1525nm~1605nm，帶寬為32GHz ;網(wǎng)絡(luò)分析儀為安捷倫的8722ES矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，頻率范圍為50M~40GHz ;光電探測(cè)器為泰克公司的SD-48，帶寬為35GHz ;長(zhǎng)飛光纖光纜有限公司的高非線性光纖，受激布里淵增益線寬為gammaΒ=40ΜΗζ，布里淵頻移量fB=10GHz，長(zhǎng)度為1000米，增益和損耗峰值系數(shù)為5 ;光隔離器的隔離度大于40dB ;第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器和第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器均為Photline公司的MXIQ-LN-40，其帶寬為32GHz，第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器工作在載波抑制的單邊帶輸出狀態(tài)，僅輸出一階上邊帶，第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器工作在載波抑制的單邊帶輸出狀態(tài)，僅輸出一階下邊帶；第一強(qiáng)度調(diào)制器和第二強(qiáng)度調(diào)制器和第三強(qiáng)度調(diào)制器均為Photline公司的MXAN-LN-40，帶寬為32GHz ;第一光濾波器和第二光濾波器為Santec公司的可調(diào)諧光濾波器，型號(hào)為0TF-950，波長(zhǎng)調(diào)諧范圍為1548nm到1552nm，線寬小于IOGHz ;第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器的波長(zhǎng)范圍為1530~1560nm,放大倍數(shù)大于25倍；第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器輸入的射頻信號(hào)&的頻率范圍為0.3GHz~30GHz，f0的范圍就是濾波器的頻率調(diào)諧范圍。
[0021]按圖1連接好相應(yīng)的儀器設(shè)備，激光器的波長(zhǎng)設(shè)定為1550nm，網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出頻率范圍為50MHz~40GHz的微波信號(hào)通過相位調(diào)制器加載到光載波上，相位調(diào)制器輸出的信號(hào)通過隔離器后進(jìn)入到高非線性光纖中。在另一支路，激光器輸出的1550nm的光信號(hào)首先經(jīng)第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器被頻率為fo=0.3GHz的微波信號(hào)調(diào)制，第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器工作在載波抑制的單邊帶工作狀態(tài)，其輸出僅為一階上邊帶，頻率為的信號(hào)輸入到第一強(qiáng)度調(diào)制器中，被頻率為受激布里淵頻移量fB的微波信號(hào)調(diào)制，設(shè)定第一強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏壓為9V，使其處于載波抑制的雙邊帶輸出狀態(tài)，輸出包含一階上、下邊帶分別為1+4+?和f；+fcrfB，這個(gè)一階上、下邊帶信號(hào)然后通過第二光耦合器分成兩路，其中一個(gè)支路的信號(hào)經(jīng)過第一光濾波器將上邊帶信號(hào)濾掉，剩下頻率為f；+fcrfB的信號(hào)，頻率為f；+fcrfB的信號(hào)送入到第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器中，第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器工作在載波抑制的單邊帶工作狀態(tài)，其輸出僅為一階下邊帶f；+fcr3fB，頻率為1+4-3?的信號(hào)輸入到第二強(qiáng)度調(diào)制器中，調(diào)整第二強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏置電壓為4.5V，得到頻率為1+4-3?和，他們被送入第三強(qiáng)度調(diào)制器中被頻率為fL=20MHz的信號(hào)進(jìn)一步調(diào)制，調(diào)整第三強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏置電壓為9V，使其工作在載波抑制的雙邊帶輸出狀態(tài)，第三強(qiáng)度調(diào)制器輸出頻率為fc+f0_fB+fL和fc+fo-fB-fL> fc+f0-3fB+fL和fc+f0-3fB-fL以及和的六個(gè)邊帶信號(hào)。第二光耦合器的另一個(gè)輸出支路的信號(hào)被第二光濾波器進(jìn)行濾波，剩下頻率為4+4+?的信號(hào)，第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器的放大倍數(shù)設(shè)置為19倍和24倍，以補(bǔ)償增益譜和損耗譜疊加時(shí)造成的增益峰值的降低。經(jīng)第一摻餌光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器放大之后，包含頻率成分為fc+fo-fB+fL 和 fc+f0-fB-fL、fc+f0_3fB+fL 和 fc+f0-3fB-fL 以及 fc+f0-5fB+fL 和 fc+f0-5fB-fL 的信號(hào)，經(jīng)第三光耦合器輸出后通過光環(huán)形器的2端口輸入，從光環(huán)形器的I端口輸出進(jìn)入到高非線性光線中，作為高非線性光纖的受激布里淵散射效應(yīng)的泵浦信號(hào)。相位調(diào)制器輸出一系列大小相等、相位相反的一階上、下邊帶信號(hào)，其中頻率為的上邊帶信號(hào)由于和泵浦信號(hào)f；+fcrfB+H+fcrfB-fV以及1+&+4產(chǎn)生的經(jīng)過疊加的增益譜的中心頻率fc+f0 一致，因此頻率為f；+fm(fm=fQ)的上邊帶信號(hào)將被增強(qiáng)，從而頻率為1+4和f「fm的一階上、下邊帶的強(qiáng)度不再相等，頻率為fm的微波信號(hào)能被濾波輸出。
[0022]泵浦信號(hào)fe+fQ-fB+fL和f；+fQ-fB-fL在頻率QVfL和fe+fo-fL處產(chǎn)生的損耗譜的峰值與泵浦信號(hào)1+4+?在頻率f；+fo處產(chǎn)生增益譜的峰值之比Y為0、0.3,0.5,0.7和
0.792，第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器的放大倍數(shù)設(shè)置為OdB時(shí)，得到的疊加的增益譜見圖3，從圖3中可以看出，當(dāng)增大Y時(shí)，疊加產(chǎn)生的總的增益峰值會(huì)降低，峰值的降低會(huì)減小濾波器的帶外抑制比，從而降低濾波器性能。所以需要在泵浦光的支路中用第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器增加泵浦光的功率，以保證一個(gè)穩(wěn)定的增益峰，設(shè)定第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器的放大倍數(shù)為19倍和24倍，Y為0、0.3、0.5,0.7和0.792時(shí)，得到的增益譜見圖4。圖5為由疊加的增益譜產(chǎn)生的相應(yīng)的濾波器通帶示意圖，Y為0、0.3,0.5、0.7和0.792時(shí)，濾波器的3dB帶寬分別為10.96MHz、8.42MHz、6.78MHz、5.06MHz和4.14MHz。隨著gamma的增大，濾波器帶寬會(huì)逐漸減小。
[0023]濾波器的3dB帶寬為4.14MHz, f0的頻率從0.3GHz_29.7GHz變化，濾波器的輸出響應(yīng)頻譜見圖6，濾波器的頻率變化范圍為29.4GHz，從而可以計(jì)算出濾波器的Q值為7101。
【權(quán)利要求】
1.一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于:由激光器、第一光耦合器、相位調(diào)制器、光隔離器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、高非線性光纖、第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器、第一強(qiáng)度調(diào)制器、第二光耦合器、第一光濾波器、第二光濾波器、第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器、第二強(qiáng)度調(diào)制器、第三強(qiáng)度調(diào)制器、第一摻鉺光纖放大器、第二摻鉺光纖放大器、第三光耦合器、光環(huán)形器和光電探測(cè)器組成；激光器輸出頻率為f。的單頻信號(hào)經(jīng)第一光耦合器一分為二，其中上支路的光信號(hào)作為光載波被送到相位調(diào)制器中，由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀掃頻輸出的包括頻率為fm的一系列具有一定頻帶寬度的待濾波的小幅微波信號(hào)通過相位調(diào)制器加載到光載波上，經(jīng)相位調(diào)制器后輸出的相位相反、強(qiáng)度相等的一系列一階上邊帶和下邊帶信號(hào)經(jīng)光隔離器進(jìn)入到高非線性光纖中；第一光耦合器輸出的下支路的光信號(hào)首先經(jīng)過第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器被頻率為fo的微波信號(hào)調(diào)制，調(diào)整第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏置電壓，使其工作在載波抑制的單邊帶狀態(tài)，使其僅輸出一階上邊帶f Jftl信號(hào)，此上邊帶信號(hào)繼續(xù)經(jīng)第一強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制被頻率為fB的信號(hào)調(diào)制，fB同時(shí)也為高非線性光纖的受激布里淵頻移量，調(diào)整第一強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏置電壓，使其工作在載波抑制的雙邊帶輸出狀態(tài)，其輸出一階上、下邊帶分別為4+&+4和f；+fcrfB的信號(hào)，這個(gè)一階上、下邊帶信號(hào)然后通過第二光耦合器分成兩路，其中一支路的信號(hào)經(jīng)過第一光濾波器將上邊帶信號(hào)濾掉，剩下頻率為f；+fcTfB的下邊帶信號(hào)，頻率為f；+fcTfB的信號(hào)送入到第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器中被頻率為2fB的信號(hào)進(jìn)一步調(diào)制，調(diào)整第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏壓，使其工作在載波抑制的單邊帶調(diào)制狀 態(tài)，從而輸出頻率為f；+fcr3fB的信號(hào)，然后這個(gè)信號(hào)被送入到第二強(qiáng)度調(diào)制器中被頻率為％的信號(hào)進(jìn)一步調(diào)制，得到頻率為1+4-3?和1+4-5?三個(gè)信號(hào)，然后這個(gè)信號(hào)被送入到第三強(qiáng)度調(diào)制器中被頻率為4信號(hào)進(jìn)一步調(diào)制，4是根據(jù)想要實(shí)現(xiàn)的濾波器的帶寬而設(shè)定的頻率值，第三強(qiáng)度調(diào)制器的工作狀態(tài)設(shè)置為載波抑制的雙邊帶調(diào)制，則得到頻率為和f；+fQ-3fB+fL和以及f Jf^54+4和的六個(gè)信號(hào)，這六個(gè)信號(hào)進(jìn)一步被送入到第一摻鉺光纖放大器；第二光耦合器輸出的二支路信號(hào)被第二光濾波器進(jìn)行濾波，剩下頻率為1+4+?的信號(hào)，被送入到第二摻鉺光纖放大器中；通過第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器調(diào)整泵浦光的光功率，以補(bǔ)償增益譜和損耗譜疊加時(shí)造成的增益峰值的降低；第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器輸出的頻率成分為f^+VH+fcrfB+fL和f^+fcrfB-H+fcrSfB+fL和以及和的信號(hào)，經(jīng)第三光耦合器輸出后通過光環(huán)形器的2端口輸入，從光環(huán)形器的I端口輸出進(jìn)入到高非線性光線中，作為高非線性光纖產(chǎn)生受激布里淵散射效應(yīng)的泵浦信號(hào)；光隔離器輸出的經(jīng)相位調(diào)制的信號(hào)和這些泵浦信號(hào)在高非線性光纖中相互作用，發(fā)生受激布里淵散射后，通過環(huán)形器的I端口輸入，從環(huán)形器的3端口輸出，然后通過光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后送入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，從而探測(cè)得到頻率為fm的微波信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于:1+4+?這個(gè)泵浦信號(hào)在頻率處產(chǎn)生增益譜，在頻率1+4+2?處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)f；+fcrfB-fV在頻率f；+fcr%-fV處產(chǎn)生增益譜，在頻率f。+&-4處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)f；+fcrfB+fV在頻率f；+fcr2fB+fV處產(chǎn)生增益譜，在頻率處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)在頻率處產(chǎn)生增益譜，在頻率處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)f；+fcr3fB+fV在頻率處產(chǎn)生增益譜，在頻率f^+fcr^+fV處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)f；+fcr5fB-fV在頻率處產(chǎn)生增益譜，在頻率處產(chǎn)生損耗譜；泵浦信號(hào)在頻率處產(chǎn)生增益譜，在頻率處產(chǎn)生損耗譜；在所有產(chǎn)生的增益譜和損耗譜中，和f；+fcrfB-fV產(chǎn)生的增益譜與fc+f0-3fB+fL和產(chǎn)生的損耗譜完全相抵消，fc+f0-3fB+fL和fc+fQ-3fB-fL產(chǎn)生的增益譜與和產(chǎn)生的損耗譜完全相抵消，而泵浦信號(hào)f^fcrfffV和在頻率t+fo+fV和f；+fcrfV處產(chǎn)生的兩個(gè)損耗譜與泵浦信號(hào)1+4+?在頻率fc+f0處產(chǎn)生的增益譜相疊加使得該增益譜變窄；由于采用多個(gè)泵浦信號(hào)，并且它們之間產(chǎn)生的增益譜和損耗譜可以適當(dāng)?shù)窒?，從而增加了濾波器的頻率調(diào)諧范圍。
3.如權(quán)利要求1所述的一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于:選用波長(zhǎng)為1550nm的激光器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于:相位調(diào)制器工作光波長(zhǎng)為1525nm~1605nm，帶寬為32GHz。
5.如權(quán)利要求1所述的一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率范圍為40M~40GHz ;光電探測(cè)器探測(cè)帶寬為35GHz ;高非線性光纖的受激布里淵增益線寬為 β=40ΜΗζ。
6.如權(quán)利要求1所述的一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于:布里淵頻移量fB=10GHz，長(zhǎng)度為1000米，增益和損耗峰值系數(shù)為5。
7.如權(quán)利要求1所述的一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于:光隔離器的隔離度大于40dB ;第一雙平行強(qiáng)度調(diào)制器和第二雙平行強(qiáng)度調(diào)制器帶寬為30GHz，均工作在載波抑制的單邊帶輸出狀態(tài)；第一強(qiáng)度調(diào)制器、第二強(qiáng)度調(diào)制器和第三強(qiáng)度調(diào)制器的帶寬均為32GHz。
8.如權(quán)利要求1所述的一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于:第一光濾波器和第二光濾波器的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍為1548nm~1552nm,線寬小于IOGHz ；第一摻鉺光纖放大器和第二摻鉺光纖放大器的波長(zhǎng)范圍為1530~1560nm，放大倍數(shù)大于25倍。
9.如權(quán)利要求1所述的一種超高品質(zhì)因數(shù)的單帶通可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于:fL 為 20MHz ο
【文檔編號(hào)】H01P1/20GK103715480SQ201410025426
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】董瑋, 肖永川, 陳維友, 張歆東, 劉彩霞, 阮圣平, 周敬然, 郭文濱, 沈亮, 溫善鵬 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)