CN101030815A - 基于超连续谱光源的可调可重构的微波光子滤波装置 - Google Patents

Abstract

基于超连续谱光源的可调可重构的微波光子滤波装置，属于大容量微波光子通信领域。该装置由超连续谱的多波长光源(1)，阵列波导光栅(2)，衰减器或是放大器(3)，阵列波导光栅(4)，马赫－泽德调制器(5)，色散延迟器(6)，光电检测器(7)。优点在于，实现微波光子滤波器的可调性，最后经过光电二极管光信号被转化成射频信号。直接实现了在光域对射频信号滤波。

Description

基于超连续谱光源的可调可重构的微波光子滤波装置

技术领域

本发明属于大容量微波光子通信领域，特别是提供了一种基于超连续谱光源的可调可重构的微波光子滤波装置，尤其涉及直接在光频域对射频域信号滤波。

背景技术

在城市通信中，微波以下的频段均被占用，为了提高通信容量，避免信道拥挤和相互干扰，就要求无线通信能突破拥挤的低频波段，从微波向更高频率的毫米波段扩展，即从目前常用的900MHz频段提高到几至数十GHz，从而提供更为广阔的传输带宽。但是，现有的微波滤波器频率很难达到几十GHz，在实现可调和可重构方面存在困难，并且价格昂贵，同时还有电磁辐射对人体安全的影响。所以微波光子滤波器是近几年来研究的热点。在光纤中实现射频波或更高频段信号的无衰减、无信道间相互干扰的带通传输，与传统的微波传输系统比，具有体积小，重量轻，成本低，损耗小，抗电磁干扰性能好，大带宽，低色散，高容量等特点。微波信号的光处理技术能提供更高的微波频率，克服电信号处理电路中有限的信号取样和控制速度，可实现高速信号处理、宽带取样及并行操作，且相对成本低。

在微波光子滤波器的设计中，如何得到多个频率且频率单一的光源成为了系统的关键。现有的设计方法有两种。一种是使用多个独立的矩阵光源，如图1所示。另一种就是使用切割光源，如图2所示。

在很多文献中证明了使用多个独立的光源可以得到不相关的多光源微波光子滤波器，但是由于多个可调光源的成本太高，造成系统成本太高。并且很大程度上限制了抽头系数的个数，使得滤波效果不太理想。

使用切割光源的多光源微波光子滤波器(MSMPFs)优点是避免了使用多个可调激光器，达到了降低成本的目的，但是多光源微波光子滤波器的性能完全依赖于切割光滤波器的性能，且很难达到质量很高线宽很窄的单频率。

本发明使用了超连续谱的多波长光源作为微波光子滤波器的光源，既避免了使用多个可调激光器，达到了降低成本的目的，又得到了多个单频的连续光信号，在性能上也能满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超连续谱光源的可调可重构的微波光子滤波装置。既避免了使用多个可调激光器，达到了降低成本的目的，又得到了多个单频的连续光信号，在性能上也能满足要求。

本发明由超连续谱的多波长光源1，阵列波导光栅(AWG)2，衰减器或是放大器3，阵列波导光栅4，马赫——泽德调制器5，色散延迟器6，光电检测器组成7。超连续谱的多波长光源1的输出端通过光纤与阵列波导光栅(AWG)2的输入端相连，阵列波导光栅2的输出端的个数为7到50个。每个输出端都通过光纤与一个衰减器或是放大器3的输入端相连，衰减器或是放大器3的选择是通过滤波系数的大小确定是用衰减器或是放大器。所有衰减器或是放大器3的输出端通过光纤与阵列波导光栅4的输入端相连，阵列波导光栅4的输出端通过光纤与马赫——泽德调制器5的一个输入端相连，马赫——泽德调制器5的另一个输入端加载射频信号，马赫——泽德调制器5的输出端通过光纤与色散延迟器6的输入端相连，色散延迟器6的输出端通过光纤与器件7的输入端相连，光电检测器7的输出端得到的就是滤波信号。

超连续谱的多波长光源1产生的光信号经过阵列波导光栅2滤波，则可得到多个单一波长的连续光，表达式为：

$E_s\left(t\right)=\underset{r=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{I_r}{e}^{j(w_{r}t+{\mathrm{\φ}}_r\left(t\right))}$

I_r，w_r，φ_r(t)分别代表第r个单波长的连续光的光强度，光源的中心频率和矩阵中的相位波动。每个单波长光实现一个滤波抽样，通过调节超连续谱光源各频率之间的间隔，实现等抽样延迟，从而实现微波光子滤波器的可调性。经过阵列波导光栅滤波的光信号，通过衰减器或是放大器3改变光强度的大小，从而改变了滤波系数a_r的大小，实现了微波光子滤波器的可重构性。阵列波导光栅4把多个单通道光信号合成为一路合波信号，就相当于复用器。马赫——泽德调制器5含有杂波的射频滤波信号s_i(t)被调制进去。色散延迟器6通常使用光纤环或是线性啁啾布拉格光栅(LCFBG)色散(波长选择性)延迟线来实现延迟。色散延迟器件的选择使得相邻波长之间的延迟间隔为T。光电检测器7将光功率的变化转换成相应变化的电流。输入光电二极管电场

$E_0\left(t\right)=\underset{r=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{a_r{s}_{\mathrm{in}}(t-\mathrm{rT})}{e}^{j(w_r(t-\mathrm{rT})+{\mathrm{\φ}}_r(t-\mathrm{rT}))}$

光电二极管的输出电流为

$\×e^{j(w_r-w_s)t}{e}^{j({\mathrm{sw}}_s-{\mathrm{rw}}_r)T}\⟨e^{j[{\mathrm{\φ}}_r(t-\mathrm{rT})-{\mathrm{\φ}}_s(t-\mathrm{sT})]}\⟩$

由于不同光源的相位不同，可以认为是不相关的，所以表达式的第二项为0。因此，RF信号输入和输出是一个线性关系，构成了一个滤波结构。

本发明的特征在于：它使用了超连续谱的多波长光源作为微波光子滤波器的光源，实现了可调可重构的微波光子滤波器。如图3所示。

超连续谱的多波长光源通过阵列波导光栅形成了多个单频的连续光信号，接着通过衰减器或是放大器，改变微波光子滤波器的抽头系数，达到可重构的目的，多个单通道光信号被阵列波导光栅合成为一路合波信号，射频信号调制到合并的信号，再经过色散延迟器件实现不同抽样延迟，从而实现微波光子滤波器的可调性，最后经过光电二极管光信号被转化成射频信号。直接实现了在光频域对射频信号滤波。

本发明的优点：使用了超连续谱的多波长光源作为微波光子滤波器的光源，既避免了使用多个可调激光器，达到了降低成本的目的，又得到了多个单频的连续光信号，在性能上也能满足要求。

使用证明：它可实现预期目的。

附图说明

图1为已有由矩阵光源构成的有限长脉冲响应多光源微波光子滤波器结构。

图2为已有由切割光源构成的有限长脉冲响应多光源微波光子滤波器结构。

图3为本发明的基于超连续谱光源的可调可重构的微波光子滤波器结构框图。

具体实施方式

超连续谱的多波长光源通过阵列波导光栅形成了多个单频的连续光信号，每个单波长光实现一个滤波抽样，通过调节超连续谱光源各频率之间的间隔，使得相邻频率之间实现等抽样延迟，从而实现微波光子滤波器的可调性。接着通过衰减器或是放大器，衰减器或是放大器的选择是通过滤波系数的大小来确定的，衰减器或是放大器了改变微波光子滤波器的抽头系数的大小，通过调节衰减器或是放大器可以达到可重构的目的，多个单通道光信号被阵列波导光栅合成为一路合波信号，调制器把含有杂波的射频滤波信号调制到合并的信号，再经过色散延迟器件实现等间隔抽样延迟，和前面的光源联合实现微波光子滤波器的可调性，最后经过光电二极管，将光信号转化为射频信号，得到的信号就是滤波信号，最终直接实现了在光频域对射频域信号滤波。

Claims (4)

1、一种基于超连续谱光源的可调可重构的微波光子滤波装置，其特征在于，该装置由超连续谱的多波长光源(1)，阵列波导光栅(2)，衰减器或是放大器(3)，阵列波导光栅(4)，马赫——泽德调制器(5)，色散延迟器(6)，光电检测器(7)；超连续谱的多波长光源(1)的输出端通过光纤与阵列波导光栅(2)的输入端相连，阵列波导光栅(2)输出端的个数为7到50个，每个输出端都通过光纤与一个衰减器或是放大器(3)的输入端相连，所有衰减器或是放大器(3)的输出端通过光纤与阵列波导光栅(4)的输入端相连，阵列波导光栅(4)的输出端通过光纤与马赫——泽德调制器(5)的一个输入端相连，马赫——泽德调制器(5)的另一个输入端加载射频信号，马赫——泽德调制器(5)的输出端通过光纤与色散延迟器(6)的输入端相连，色散延迟器(6)的输出端通过光纤与器件(7)的输入端相连，光电检测器(7)的输出端得到的就是滤波信号。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，衰减器或是放大器(3)的选择是通过滤波系数的大小确定是用衰减器或是放大器，从而改变了滤波系数a_r的大小，实现了微波光子滤波器的可重构性。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，超连续谱的多波长光源(1)产生的光信号经过阵列波导光栅(2)滤波，则可得到多个单一波长的连续光，表达式为：

$E_S\left(t\right)=\underset{r=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{I_r}{e}^{j(w_{r}t+{\mathrm{\φ}}_r\left(t\right))}$

I_r，w_r，φ_r(t)分别代表第r个单波长的连续光的光强度，光源的中心频率和矩阵中的相位波动；每个单波长光实现一个滤波抽样，通过调节超连续谱光源各频率之间的间隔，实现等抽样延迟，从而实现微波光子滤波器的可调性。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，马赫——泽德调制器(5)把含有杂波的射频滤波信号s_i(t)被调制进去；色散延迟器(6)使用光纤环或是线性啁啾布拉格光栅色散延迟线来实现延迟；色散延迟器件的选择使得相邻波长之间的延迟间隔为T。

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