CN101436905A - 基于布里渊光纤激光器的可调谐微波光子滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于布里渊光纤激光器的可调谐微波光子滤波器，属于微波光子学领域。该装置由布里渊多波长光纤激光器、偏振控制器、马赫-泽德调制器、单模光纤和光电探测器构成，从布里渊多波长光纤激光器输出的多波长光信号通过偏振控制器与马赫-泽德调制器的光输入端相连接，马赫-泽德调制器的射频输入端加载射频信号，马赫-泽德调制器的光输出端与单模光纤相连接，单模光纤的另一端接入光电探测器，光电探测器的输出端得到的就是微波滤波信号。通过调谐布里渊光纤激光器的输出激光波长，可以实现微波滤波频率的调谐。

Description

基于布里渊光纤激光器的可调谐微波光子滤波器

技术领域

本发明涉及光通信和无线通信领域，特别是提供了一种基于布里渊光纤激光器的可调谐微波光子滤波器。

背景技术

微波光子学是一门新兴的交叉学科，通过光子学技术产生微波信号和在光域上对微波信号进行处理是近来受到较大关注的研究课题，这一研究在微波和光学领域均有很大的应用前景。微波光子滤波器在Radio Over Fiber(ROF)系统中有着极其重要的应用价值，比起传统的电子微波滤波器，微波光子滤波器有着电磁环境兼容性、体积小、重量轻和较宽的工作带宽等优点。微波光子滤波器的基本工作原理是：射频信号直接或外部调制一个或多个连续光源，实现射频到光信号的转换，这样入射的射频信号就加载到了光载波上，然后通过适当的光路在时域上取样和权重后，再经过光学延迟线和光子器件，最后在输出端由射频转换即可得到被滤波的微波信号。从采用的光源来说，微波光子滤波器有单光源和多光源两种。用单个非相干光源来实现的微波光子滤波器的性能受相位诱导强度噪声的影响，并且由于时延调谐困难，大大限制了滤波器的可重构性。基于多光源的微波光子滤波器可以克服上述问题，但一直以来难以寻找到一种理想的多波长光源，以前的研究包括使用多个独立的不同波长激光器、切割宽带光谱，利用F-P腔激光器等，多个独立光源会造成成本高，切割光谱会带来较大的幅度噪声，而F-P激光器模式功率不均匀影响滤波器性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于布里渊光纤激光器的可调谐微波光子滤波器。布里渊多波长光纤激光器可以代替多个独立的激光器用于实现微波光子滤波器。布里渊多波长光纤激光器具有波长间隔稳定、可产生波长数量多、噪声低等特征，非常适合用于实现微波光子滤波器。基于多波长布里渊光纤激光器输出的多波长激光经过一个偏振控制器(PC)输入到电光调制器，偏振控制器用来优化调制特性，调制器由从网络分析仪输出的射频信号来驱动，射频调制信号功率保持不变而频率不停的扫描。调制后的光信号经过一段作为宽带色散介质的长单模光纤传输，当然也可以是其他的色散器件，比如色散补偿光纤或光纤光栅。在网络分析仪中观测从光电探测器的输出即可以得到此微波滤波器的滤波特性。

对于由N个等间隔抽头构成的光幅度调制横向滤波器，假设调节在最优的偏振态下，它的振幅传输函数可以写为：

$\left|H_{\mathrm{RF}}\left(f\right)\right|=R\cos \left(\frac{{\mathrm{\βf}}^2}{2}\right)\left|\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k{e}^{-j\left[2\mathrm{\πf}(k-1)\mathrm{\Δ\τ}\right]}\right|$

其中f是射频频率，R是光电探测器响应，β是色散参数，P_k是第k个光波的光功率，N是总的光波长数，Δτ是由色散介质产生的相邻光载波间的时延。从此传输函数可以得出，滤波器可以很容易通过调谐光源来重构，滤波器Q值和使用的抽头数量N有关。对均匀滤波器，假设抽头数足够多(>10)，Q值可近似的用抽头数量表示，即Q≌N。因此，Q值可以通过改变抽头数而改变，也即改变多波长激光器输出的波长数。布里渊多波长光纤激光器能产生的波长数很多，典型值为100，所以基于布里渊多波长光纤激光器的微波滤波器Q值可以很大。而且，滤波器滤波频率可以调节Δτ来调谐，Δτ的调节可以通过改变多波长激光器输出激光的波长，或利用色散可变器件。布里渊多波长光纤激光器可在较宽的波长范围内调谐，即使色散器件不可调谐，因为激光器输出波长的变换，由于在不同波长处单模光纤色散不同，这就等效地改变了Δτ，故基于可调谐布里渊多波长光纤激光器的微波光子滤波器具有可调谐性。

本发明提出的基于布里渊光纤激光器的微波光子滤波器的优点在于：使用了布里渊多波长光纤激光器作为微波光子滤波器的光源，因为布里渊多波长光纤激光器具有稳定波长间隔、产生波长数量多、波长在较宽范围内可调谐、低噪声等固有特性，基于此实现的微波滤波器具有可调谐、高Q值、高信噪比、可重构的特点。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图。

图2为本发明中所使用的布里渊多波长光纤激光器的结构原理示意图。

图中：1、布里渊多波长光纤激光器，2、偏振控制器，3、马赫—泽德调制器，4、单模光纤，5、光电探测器，6、马赫—泽德调制器的射频输入端，7、光电探测器的输出端，8、掺铒光纤放大器，9、环形器，10、单模光纤，11、3dB耦合器，12、偏振控制器，13、偏振控制器，14、保偏光纤，15、3dB耦合器输出端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

微波滤波器中使用的布里渊多波长光纤激光器由以下的器件组成：掺铒光纤放大器(8)，它用来提供线性增益；环形器(9)，环形器(9)的端口③通过掺铒光纤激光器(8)与环形器(9)的端口①连接起来；一段长单模光纤(10)，它用来提供布里渊非线性增益；和一个高双折射率的Sagnac环路反射镜。双折射Sagnac环路反射镜由一个3dB耦合器(11)，两个偏振控制器(12，13)和保偏光纤(14)组成，由于保偏光纤的线性双折射作用，它能形成波长相关的反射谱，而且这样的反射谱分布能够通过调节环内偏振控制器来改变。单模光纤的一端(10)与环形器(9)的端口②相连接，另一端与Sagnac环路反射镜相连。该布里渊光纤激光器不需要外界的布里渊泵浦，而是自激发振荡的。激光振荡模首先在有单模光纤的线形激光腔内形成，由于瑞利散射的动态分布反馈作用，它的线宽被有效压缩。一旦窄线宽振荡模形成，它就能充当布里渊泵浦，同时布里渊波长产生，通过级联布里渊多波长就能产生。

多波长激光直接从构建Sagnac环路反射镜的3dB耦合器(11)的那个未接入激光器的端口(15)输出。布里渊多波长光纤激光器(1)的输出端通过偏振控制器(2)与马赫—泽德调制器(3)的光输入端相连接，马赫—泽德调制器的射频输入端(6)加载射频信号，马赫—泽德调制器的光输出端与单模光纤(4)相连接，单模光纤的另一端接入光电探测器(5)，光电探测器的输出端(7)得到的就是微波滤波信号。通过调谐Sagnac环路反射镜的反射谱，可以调谐布里渊多波长激光器的输出激光波长，从而实现微波光子滤波器的调谐。

Claims (3)

1、一种基于布里渊光纤激光器的可调谐微波光子滤波器，其特征在于，该装置由布里渊多波长光纤激光器(1)、偏振控制器(2)、马赫—泽德调制器(3)、单模光纤(4)和光电探测器(5)构成。其中布里渊多波长光纤激光器由掺铒光纤放大器(8)、环形器(9)、单模光纤(10)和Sagnac双折射光纤反射镜组成。布里渊多波长光纤激光器(1)的输出端通过偏振控制器(2)与马赫—泽德调制器的光输入端相连接，在马赫—泽德调制器的射频输入端(6)加载输入射频信号，马赫—泽德调制器的光输出端与单模光纤相连接，单模光纤的另一端接入光电探测器(5)，光电探测器的输出端(7)得到的就是微波滤波信号。

2、如权利1所述的微波光子滤波器，其特征在于，布里渊多波长光纤激光器代替多个独立的不同波长激光器用作微波光子滤波器的光源。

3、如权利1所述的微波光子滤波器，其特征在于，布里渊多波长光纤激光器的使用，使得该微波光子滤波器具有可调谐性、高Q值、高信噪比、可重构。

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