CN103197439B - 一种可实现复系数的微波光子滤波器结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可实现复系数的微波光子滤波器结构。该结构采用一个激光光源(101)，光路顺序连接偏振调制器(102)、光可调谐滤波器(103)、光耦合器(104)、光可调时延线(105)、光衰减器(106)、偏振分束器(107)以及光电探测器(108)组成。本发明的优点在于微波光子滤波器具有复系数特性，相比负系数滤波器，在实现滤波器中心波长可调的同时，能够保持自由频谱范围不发生改变。与现有的复系数微波光子滤波器方案相比，仅需单个光源即可实现，成本降低，且滤波器的可调谐性仅需通过改变光信号的检偏方向即可实现，调节方便。

Description

一种可实现复系数的微波光子滤波器结构
技术领域
本发明属于微波光子通信领域，尤其涉及微波光子信号处理中射频滤波技术，可应用于高速无线通信、数字卫星通信以及高速光纤无线接入等领域。
背景技术
相比传统的电子学方法，微波光子学技术在宽带处理、低损耗和抗电磁干扰等方面有着显著的优势，已被广泛地应用在生活实际中。
微波光子滤波器作为微波光子学的一个重要研究方向，已成为多年来微波光子学的研究重点之一。通常，大多数微波光子滤波器的设计和实现是基于两抽头或多抽头时延结构，并且是正系数。由于只能实现正系数，微波光子滤波器的自由光谱范围非常有限，且总存在基带响应，无法实现真正的带通滤波，限制了微波光子滤波器在实际中的应用。负系数微波光子滤波器的提出，克服了正系数微波光子滤波器的缺陷，实现了真正意义上的带通滤波。
可调谐性作为微波光子滤波器的一个重要特性，成为微波光子滤波器设计优劣的一个重要参考依据。负系数微波光子滤波器的可调谐性大多都是通过调整两路光信号之间的时延差来实现，而时延差的改变又会引起自由频谱范围的改变，进而导致滤波器的3dB带宽和频率响应形状发生改变。
复系数微波光子滤波器通过引入相移差来替代调整时延差实现滤波器的可调谐，在实现滤波器中心波长改变的同时，不会改变滤波器的自由频谱范围。目前，大多数复系数微波光子滤波器是基于两个光源的设计方案，成本相对较高，且相位差变化的控制主要通过调节偏置电压或改变光源输出波长来实现，系统控制要求较高。
针对于此，本发明提出了一种基于偏振调制原理的复系数微波光子滤波器设计方案，结构简单，调节方便，成本降低，系统工作稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现复系数的微波光子滤波器的结构的改进设计，使其采用单一光源的偏振调制相位差变化，并具备良好的频率选择特性。相比负系数微波光子滤波器，在实现滤波器中心波长可调的同时，不会引起自由频谱范围的改变。同时，系统工作需保持稳定，成本较低，且易于实现。
本发明的目的是基于如下分析和方案提出实现的：
一种可实现复系数的微波光子滤波器结构，采用一个激光光源101，光路顺序连接偏振调制器102、光可调谐滤波器103、光耦合器104、光可调时延线105、光衰减器106、偏振分束器107以及光电探测器108构成，输入射频信号连接偏振调制器102的射频信号输入端，射频信号输出连接光电探测器108的输出端。
复系数微波光子滤波器的可调谐性能是通过调节进入偏振分束器107前的两路光信号间的相移差来实现的，光耦合器（104）将光信号分为两束：一束光信号经可调时延线（105）后入射到偏振分束器（107）的一输入端，另一束光信号经光衰减器（106）后入射到偏振分束器（107）的另一输入端。
偏振调制器作为一种特殊的相位调制器，具有两个正交的偏振轴，可以对输入的微波信号同时实现两路正交反相的相位调制。考虑到小信号调制时，如果相位调制信号直接进入光电探测器，由于正一阶边带和负一阶边带幅值相等，相位相差π，光电探测器的输出端仅会得到直流分量。因此，为了还原微波信号，将经偏振调制后的微波信号通过光可调谐滤波器来滤除上边带，实现相位调制到强度调制的转换。利用偏振片可以实现两个正交偏振态的光信号合并，之后进入光电探测器恢复的微波信号会携带相移。通过改变光信号的检偏方向，可以实现恢复出的微波信号的相移在0到2π的范围内变化。
倘若存在两路这样的光信号同时入射到光电探测器中，保持一路光信号的检偏方向不变，改变另一路光信号的检偏方向，使得两路光信号恢复出的微波信号的的相移差在0到2π的范围内变化，则基于两抽头时延差结构的微波光子滤波器被相移差结构所替代，实现复系数抽头，在滤波器中心波长改变的同时，保持自由频谱范围不发生改变。
为了避免两路同频信号光进入光电探测器时相互干涉，利用偏振分束器将两路信号光置于两正交偏振态，保证了系统的稳定工作。
基于此原理，仅需单个光源，通过控制信号光的检偏方向，利用两束正交偏振的光载波携带不同相移差的微波信号即可实现复系数微波光子滤波器的设计。
附图说明
图1为本发明的基于偏振调制的复系数微波光子滤波器结构示意图；
图2为光带通滤波器的传输响应曲线及经偏振调制的光信号滤波前后的光谱；
图3为单路光信号拍频恢复出的微波信号的相位变化；
图4为本发明的复系数微波光子滤波器的频率响应。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1为本发明的复系数微波光子滤波器结构示意图。可调谐光源101产生的线偏振光以45度角入射到偏振调制器102中，同时加载微波信号。经偏振调制后的光信号入射到光可调谐滤波器103后，3dB光耦合器104将光信号分为两束。其中，一束光信号经可调时延线105后入射到偏振分束器107的一输入端，另一束光信号经光衰减器106后入射到偏振分束器107的另一输入端。偏振分束器107输出端输出的光信号入射到光电探测器108中，将光信号转变为射频信号输出。
图2为本发明的调制信号处理过程。经偏振调制后的光信号在小信号调制的作用下，高阶边带得到有效抑制。在通过光带通滤波器之后，正一阶边带被滤除，只保留负一阶边带和载波，实现相位调制信号到强度调制信号的转换。
图3为本发明的单路光信号拍频恢复出的微波信号相位测试。其中，图(i)中的(a)、(b)、(c)、(d)分别对应10GHz微波信号输入时，通过调节偏振控制器，改变光的检偏方向，单路恢复出的微波信号相位分别变化0度、90度、180度以及270度的情况。图(ii)为在不同检偏方向情况下不同频率微波信号输入时单路光信号拍频恢复出的微波信号相位变化，当检偏方向固定时，恢复出的微波信号的相位不随频率的变化而改变。
图4为本发明的复系数微波光子滤波器的频率响应。保持其中一路光信号的检偏方向不变，改变另外一路光信号的检偏方向，使得两路光信号间的相移差发生变化，分别测试微波光子滤波器的频率响应。可以看出，本发明的微波光子滤波器在中心波长改变时，自由频谱范围未发生改变，具有复系数特性。
由此，本发明成功实现了复系数微波光子滤波器的结构设计，不仅能够保证系统的稳定工作，而且系统结构简单，调节方便，成本较低，易于实现。

Claims (2)

1.一种可实现复系数的微波光子滤波器结构，其特征在于：采用一个激光光源(101)，光路顺序连接偏振调制器(102)、光可调谐滤波器(103)、光耦合器(104)，光耦合器(104)将光信号分为两束：一束光信号经可调时延线(105)后入射到偏振分束器(107)的一输入端，另一束光信号经光衰减器(106)后入射到偏振分束器(107)的另一输入端；偏振分束器(107)光信号通过光电探测器(108)完成射频信号输出；通过调节进入偏振分束器(107)的光信号的检偏方向可以在保持自由频谱范围不变的情况下实现滤波器中心波长的可调。
2.根据权利要求1所述之可实现复系数的微波光子滤波器结构，其特征在于，控制光信号的检偏方向实现恢复出的微波信号的相移变化，且相移差变化范围为0到2π。
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