CN102081198A - 基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器，涉及光通信、无线微波通信以及微波光子领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的光子微波滤波器。该光子微波滤波器包括：多波长激光器(1)、光信号调制器(2)、光网络分析仪(3)、光环形器(4)、锥形光纤光栅(5)、压电陶瓷杆(6)、第一电极(71)、第二电极(72)、直流电压源(8)。锥形光纤光栅(5)粘贴于压电陶瓷杆(6)上，压电陶瓷杆(6)的两端分别安装第一电极(71)和第二电极(72)，第一电极(71)和第二电极(72)外接直流电压源(8)构成光子微波滤波器的调谐部分。该光子微波滤波器克服了现有基于光纤光栅的光子微波滤波器的不可调谐及高成本。

Description

基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器
技术领域
本发明涉及光通信、无线微波通信以及微波光子领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的光子微波滤波器。
背景技术
微波在卫星通信、陆地移动通信、军事和导航等系统中的应用日益普遍，微波光子技术将微波学和光学融合在一起，成为一个全新的技术领域，通常称为Microwave Photonics(简称MWP)。微波光子技术将光纤所具有的低损耗、大容量、抗干扰、重量轻、易于搬运等优点引入到传统的微波技术中，组成信息社会的基础网络，充分利用光纤的宽带和无线的自由，达到个别技术不断发展也无法实现的通信系统高功能化和高度化。光域上的微波信号处理技术因在微波光纤系统和远程雷达信号处理等领域有着重要用途，正引起人们的广泛关注，其中光子微波滤波器相比于传统的电子微波滤波器，具有电磁环境兼容性好、体积小、工作带宽宽等优点，是微波光子信号处理技术中的一个重要研究课题。
鉴于光纤光栅优良的波长选择性和滤波性能，近年来研究者提出许多基于光纤光栅的光子微波滤波器，主要分为基于抽头延迟的有限脉冲响应结构和基于光纤环的无限脉冲响应结构两种。
基于抽头延迟的有限脉冲响应结构，其共同特点是系统复杂、成本较高、所需要的光纤光栅或激光器数目较多，如在W.Zhang，J.A.R.Williams，“Fibre optic bandpass transversal filter employing fibre grating array”，Electronics Letters，1999，35(12)：1010-1011提出的基于宽带光源和光纤光栅阵列的结构中，形成四抽头横向光子微波滤波器就需要与之对应的四个光纤光栅。在Jose Capmany，Daniel Pastor，Beatriz Ortega，“New and flexible fiber-optic delay-line filters using chirped Bragg gratings and laser array”，IEEE Transactions o Microwave Theory and Techniques，1999，47(7)：1321-1326提出的基于激光阵列和啁啾光纤光栅的结构中，虽然只使用一个啁啾光纤光栅，但为形成五抽头横向微波滤波器就需要与之对应的五个不同发射波长的激光器，而且制作啁啾光栅需要更昂贵的相位掩膜版和更高精度的控制写入系统。在G.Ning，S.Aditya，P.Shum，et.al.，“Tunable photonic microwave filter with Hi-Bi chirped grating free from chromatic dispersion”，Electronics Letters，2004，40(6)：999-1000提出的结构中，虽然也只使用一个啁啾光纤光栅，但需要采用高双折射光纤与之配合，致使其应用受到极大限制。
基于光纤环的无限脉冲响应结构，具有光栅数量少的优点，如发明专利申请公布号为CN 1834708A的“一种基于光纤光栅的可调谐微波光子滤波器”，提出的基于光纤光栅和光纤环的结构，采用一个光栅就可实现两个抽头，但由于光信号经过耦合器在光纤环中多次循环，链路损耗导致滤波响应的Q值较低，需要采用有源的方式进行补偿，因此发明专利申请公布号为CN 101393304A的“基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器”，提出基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的结构，但因有源光纤泵浦控制较复杂，系统成本也较高。
综上所述，目前基于光纤光栅的光子微波滤波器结构仍存在很多不足，极大限制了其推广应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有基于光纤光栅的光子微波滤波器暴露出的不可调谐及高成本，提出一种高性能、低成本、可灵活调谐的基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器。
本发明的技术方案是：
一种基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器，该光子微波滤波器包括，多波长激光器、光信号调制器、光网络分析仪、光环形器、锥形光纤光栅、压电陶瓷杆、第一电极和第二电极、直流电压源。
所述的光信号调制器的光输入接口与多波长激光器的输出接口相连，光信号调制器的电输入接口与光网络分析仪的电输出接口相连，构成多波长光信号的微波调制部分。
光信号调制器的光输出接口连接光环形器的第一端口，光环形器的第二端口连接光纤光栅，光环形器的第三接口连接光网络分析仪的光输入接口，构成光子微波滤波器的主体部分。
所述的锥形光纤光栅粘贴于压电陶瓷杆上，压电陶瓷杆的两端分别安装第一电极和第二电极，第一电极和第二电极外接到直流电压源上，构成光子微波滤波器的调谐部分。
多波长光信号的微波调制部分、光子微波滤波器的主体部分、光子微波滤波器的调谐部分构成基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器。
所述的锥形光纤光栅制作所用的锥形光纤为火焰熔融锥、氢氟酸腐蚀锥、侧面研磨锥或其它各种锥形的光纤，所述的锥形光纤光栅的反射谱位于光纤低损耗波段，并且带宽大于2nm。
所述的直流电压源的调节范围为±20V，调节精度为0.1V。
本发明与已有技术相比所具有的有益效果具体如下：
本发明提出一种基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器。相比于目前基于光纤光栅的光子微波滤波器，该光子微波滤波器的有益效果具体如下：
(1)采用一个锥形光纤光栅，利用低廉的均匀相位掩膜版和匀速扫描平台获得线性啁啾特性，使啁啾光栅的制作成本明显降低；
(2)将一个锥形光纤光栅与一个多波长激光器相结合获得高质量的微波滤波效果，大大节省了所用光栅和激光器的数量，系统结构简单、成本更加低廉；
(3)通过压电调节锥形光纤光栅的色散，并结合激光器输出功率的控制，非常方便地实现对该光子微波滤波器自由频程和频响函数边瓣的调谐和优化。
附图说明
图1基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器的结构图。
图2为本发明光子微波滤波器的频率响应。
图3为通过激光器输出功率控制的方式，实现对本发明光子微波滤波器频响函数边瓣的抑制。
图4为通过压电调节锥形光纤光栅色散的方式，实现对本发明光子微波滤波器自由频程的调谐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
一种基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器，如图1，该光子微波滤波器包括，多波长激光器1、光信号调制器2、光网络分析仪3、光环形器4、锥形光纤光栅5、压电陶瓷杆6、第一电极71和第二电极72、直流电压源8。
所述的光信号调制器的光输入接口21与多波长激光器1的输出接口相连，光信号调制器的电输入接口22与光网络分析仪的电输出接口31相连，构成多波长光信号的微波调制部分。
光信号调制器的光输出接口23连接光环形器的第一端口41，光环形器的第二端口42连接锥形光纤光栅5，光环形器的第三接口43连接光网络分析仪的光输入接口32，构成光子微波滤波器的主体部分。
锥形光纤光栅5粘贴于压电陶瓷杆6上，压电陶瓷杆6的两端分别安装第一电极71和第二电极72，第一电极71和第二电极72外接到直流电压源8上，构成光子微波滤波器的调谐部分。
多波长光信号的微波调制部分、光子微波滤波器的主体部分、光子微波滤波器的调谐部分构成基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器。
所述的直流电压源8的调节范围为±20V，调节精度为0.1V。
所述的锥形光纤光栅5制作所用的锥形光纤为火焰熔融锥、氢氟酸腐蚀锥、侧面研磨锥或其它各种锥形的光纤，所述的锥形光纤光栅5的反射谱位于光纤低损耗波段，并且带宽大于2nm。
所述的锥形光纤光栅5使用的锥形光纤由火焰熔融拉制而成，火焰移动速度＝2.5mm/s，拉锥长度＝70mm，写入光栅的均匀相位掩膜版周期＝537nm，锥形光纤光栅的反射谱范围为1553.5～1557nm。
调节多波长激光器1输出位于锥形光纤光栅反射谱内，且间隔为0.5nm的等功率光信号，如5个波长为：1554nm、1554.5nm、1555nm、1555.5nm、1556nm。
本发明光子微波滤波器的频率响应，如图2所示，其边瓣＝-6dB，自由频程＝33GHz。
调节多波长激光器输出各波长信号的功率，实现将本发明光子微波滤波器频响函数的边瓣抑制到-10dB以下，如图3所示。
调节直流电压源，改变锥形光纤光栅的色散，实现对本发明光子微波滤波器自由频程的调谐，如图4所示，自由频程＝66GHz。

Claims (3)

1.一种基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器，该光子微波滤波器包括，多波长激光器(1)、光信号调制器(2)、光网络分析仪(3)、光环形器(4)、光纤光栅；所述的光信号调制器的光输入接口(21)与多波长激光器(1)的输出接口相连，光信号调制器的电输入接口(22)与光网络分析仪的电输出接口(31)相连，构成多波长光信号的微波调制部分；光信号调制器的光输出接口(23)连接光环形器的第一端口(41)，光环形器的第二端口(42)连接光纤光栅，光环形器的第三接口(43)连接光网络分析仪的光输入接口(32)，构成光子微波滤波器的主体部分；
其特征在于：
光纤光栅采用锥形光纤光栅(5)粘贴于压电陶瓷杆(6)上，压电陶瓷杆(6)的两端分别安装第一电极(71)和第二电极(72)，第一电极(71)和第二电极(72)外接到直流电压源(8)上，构成光子微波滤波器的调谐部分；
多波长光信号的微波调制部分、光子微波滤波器的主体部分、光子微波滤波器的调谐部分构成基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器，其特征在于：所述的锥形光纤光栅(5)制作所用的锥形光纤为火焰熔融锥、氢氟酸腐蚀锥、侧面研磨锥或其它各种锥形的光纤，所述的锥形光纤光栅(5)的反射谱位于光纤低损耗波段，并且带宽大于2nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于锥形光纤光栅的压电可调光子微波滤波器，其特征在于：所述的直流电压源(8)的调节范围为±20V，调节精度为0.1V。
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