CN103278888A - 一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置及滤波方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置及滤波方法，本发明涉及基于光纤中受激布里渊散射的微波光子滤波器，属于光学和微波交叉领域。解决了现有的微波光子滤波器存在的通带较窄的问题，本发明采用两个激光器分别产生泵浦光和载波光，采用两个相位调制器分别对泵浦光和载波光进行相位调制，两个隔离器实现对激光器的保护，在光纤中载波光的一阶下边频或一阶上边频信号进入泵浦光所对应的受激布里渊增益谱内，发生受激布里渊反射，该边频信号的幅值得到放大，再经过探测器输出一个拍频信号，实现通带微波的滤波。本发明适用于微波光子滤波。
Description
技术领域
本发明涉及基于光纤中受激布里渊散射的微波光子滤波器，属于光学和微波交叉领域。
背景技术
微波滤波器是通信领域的重要器件之一，传统的微波滤波器是以电子技术对射频信号进行处理的，仪器复杂，功耗大，易受电磁干扰，这限制了其性能和应用。
近年来，基于受激布里渊散射效应的微波光子滤波器得到了国内外广泛的研究，该滤波器与光纤兼容性好，损耗小，抗电磁干扰，结构简单，体积小，重量少，在无线通信领域和雷达领域有广阔的应用空间。
微波信号通过相位调制器对探测光进行调制，产生相位差为π的一阶上下边频，一阶上下边频同载波形成的拍频信号相互抵消；如果调节泵浦光，使得一阶边频落入布里渊增益区，即可放大该边频，则一阶上下边频同载波的拍频信号不能相互抵消，其频率即为微波信号频率，这样就可以把微波信号滤出来。有一种方案使用受激布里渊散射SBS的边带选择放大来实现相位调制到强度调制的转变Ruichen Tao,Xinhuan Feng,and Yuan Cao,“Widely Tunable Single Bandpass Microwave Photonic Filter Based on Phase Modulation andStimulated Brillouin Scattering,”IEEE Photonics Technology Letters,24,1097-1099,2012.，由于泵浦光的布里渊增益谱线宽在35MHz左右，对应的微波光子滤波器带宽也只有35MHz左右，通带较窄不利于大容量传输的宽带通信领域使用。另一种方案，单个激光源分出两路，一路泵浦光使用马赫-曾德尔调制器得到抑制载波的双泵浦光，另一路使用双驱动马赫-曾德尔调制器进行单边带调制出斯托克斯光B.Vidal,M.A.Piqueras,and J.Marti,“Tunable and reconfigurable photonic microwave filter based on stimulated Brillouinscattering,”Optics Letters,32,23-25,2007,获得24.4-45MHz可重构通带带宽，但微波光子滤波器中心频率调谐不方便，通带较窄不利于大容量微波通信。另外，J.Q.Zhou等人使用钟形功率曲线的多波长激光器作为泵浦光J.Q.Zhou,S.Aditya,and P.Shum,“MicrowavePhotonic Bandpass Filter using a Multi-Wavelength Laser with a Bell-Shaped Power Profile,”Microwave and Optical Technology Letters,51,1329-1332,2009获得200-260MHz带宽，但多波长激光器价格较高，系统复杂，微波光子滤波器通带中心频率不易调谐，通带可重构性差。
基于受激布里渊散射的微波光子滤波器在高速无线通信领域的应用主要受限于布里渊增益谱的线宽。普通光纤的布里渊增益谱线宽在30MHz左右，对应的微波光子滤波器的通带也只有30MHz左右，在高速无线通信中需要较宽的通带才能获得更多的信息量。但是现有的微波光子滤波器仍然存在通带窄的问题。
发明内容
本发明为了解决现有的微波光子滤波器存在的通带较窄的问题，提出了一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置及滤波方法。
本发明所述一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置滤波装置，该滤波装置包括一号激光器、一号相位调制器、射频放大器函数发生器、掺铒光纤放大器、一号隔离器、环形器、光纤、探测器、二号隔离器、、二号相位调制器和二号激光器；
一号激光器的激光信号输出端连接一号相位调制器的激光信号输入端，函数发生器的调制信号输出端连接射频放大器的调制信号输入端，射频放大器的驱动信号输出端连接一号相位调制器的驱动信号输入端，一号相位调制器的调制信号输出端连接掺铒光纤放大器的光信号输入端，掺铒光纤放大器的光信号输出端连接一号隔离器的光信号输入端，一号隔离器的光信号输出端连接环形器的1号端口，环形器的2号端口连接光纤的一端，环形器的3号端口连接探测器的探测信号输入端；
二号相位调制器的载波信号输入端连接二号激光器的激光信号输出端，二号激光器的调制信号输出端连接二号隔离器的光信号输入端，二号隔离器的光信号输出端连接光纤的另一端。
一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子的滤波方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、同时开启一号激光器、二号激光器和函数发生器，一号激光器产生泵浦光，二号激光器1-12产生载波激光信号，函数发生器输出调制信号，制信号经射频放大器放大后对一号相位调制器进行驱动；
步骤二、一号相位调制器对一号激光器产生的泵浦光进行相位调制，获得泵浦光的N条等幅光谱线信号，其中N=3、5、7、9、11…2n-1，n为正整数；
步骤三、将待测信号输入至二号相位调制器，二号相位调制器在进行相位调制，获得调制后激光信号；
步骤四、调制激光信号与泵浦光的N条等幅光谱线信号在光纤中发生受激布里渊散射，获得布里渊放大后的调制激光信号；
步骤五、采用探测器从环形器的3号端口探测布里渊散射放大后的调制激光信号；并进行光电转换，获得滤波信号，实现通带微波的滤波。
本发明的泵浦光和载波光在光纤中相遇，调节一号激光器的频率，载波光的一阶下边频或上边频信号进入泵浦光所对应的受激布里渊增益谱内，发生受激布里渊散射，该边频信号的幅值得到放大，则一阶上下边频与光频混频信号不能相互抵消，经过探测器输出一个拍频信号，实现通带微波滤波功能，通过相位调制获得多条等幅光谱线，滤波装置并且改变泵浦光等幅光谱线的间距和数目实现微波光子滤波装置通带宽度的可重构性，提高了微波光子滤波装置的通带宽度，且与现有微波光子滤波装置的通带宽度相比提高了10倍以上。
附图说明
图1为本具体实施方式一所述一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置的结构示意图。
图2为泵浦光和载波光频率关系示意图，图中，1为载波脉冲信号，2为载波信号的下边频信号，3为滤波装置的通带中心频率，4为载波信号的上边频信号，5为布里渊增益线宽，6为布里渊频移，7为泵浦光信号。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置，该滤波装置包括一号激光器1-1、一号相位调制器1-2、射频放大器1-3、函数发生器1-4、掺铒光纤放大器1-5、一号隔离器1-6、环形器1-7、光纤1-8、探测器1-9、二号隔离器1-10、二号相位调制器1-11和二号激光器1-12；
一号激光器1-1的激光信号输出端连接一号相位调制器1-2的激光信号输入端，函数发生器1-4的调制信号输出端连接射频放大器1-3的调制信号输入端，射频放大器1-3的驱动信号输出端连接一号相位调制器1-2的驱动信号输入端，一号相位调制器1-2的调制信号输出端连接掺铒光纤放大器1-5的光信号输入端，掺铒光纤放大器1-5的光信号输出端连接一号隔离器1-6的光信号输入端，一号隔离器1-6的光信号输出端连接环形器1-7的1号端口，环形器1-7的2号端口连接光纤1-8的一端，环形器1-7的3号端口连接探测器1-9的探测信号输入端；
二号相位调制器1-11的载波信号输入端连接二号激光器1-12的激光信号输出端，二号激光器1-12的调制信号输出端连接二号隔离器1-10的光信号输入端，二号隔离器1-10的光信号输出端连接光纤1-8的另一端。
本实施方式所述的函数发生器使用任意函数发生器设定多频调相技术的相关参数，函数基频频率越小布里渊增益谱顶部越平，获得滤波装置通带带宽越小。调制信号通过射频放大器驱动一号相位调制器对泵浦光进行调制，然后使用掺铒光纤放大器对泵浦光光功率进行放大，使用一号隔离器防止后向传输的光损伤一号激光器，使泵浦光进入光纤中，而后向散射光从环形器的3端口分出来。如图2所示，采用本发明所述滤波装置在频域光载波两侧产生边频，两个一阶上、下边频幅值相等，相位差为π，经过二号隔离器进入光纤中，探测器接收环形器3端口输出的光进行分析，从而实现滤波，并且改变泵浦光等幅光谱线的间距和数目实现微波光子滤波装置通带宽度的可重构性。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置的进一步说明，光纤1-8采用单模光纤实现。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置的进一步说明，一号激光器1-1采用分布反馈式半导体激光器，所述分布反馈式半导体激光器输出激光波长为1550nm。
具体实施方式四、本实施方式所述一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子的滤波方法，该方法的具体步骤为：
步骤一、同时开启一号激光器1-1、二号激光器1-12和函数发生器1-4，一号激光器1-1产生泵浦光，二号激光器1-12产生载波激光信号，函数发生器输出调制信号，制信号经射频放大器1-3放大后对一号相位调制器1-2进行驱动；
步骤二、一号相位调制器1-2对一号激光器1-1产生的泵浦光进行相位调制，获得泵浦光的N条等幅光谱线信号，其中N=3、5、7、9、11…2n-1，n为正整数；
步骤三、将待测信号输入至二号相位调制器1-11，二号相位调制器1-11在进行相位调制，获得调制后激光信号；
步骤四、调制激光信号与泵浦光的N条等幅光谱线信号在光纤1-8中发生受激布里渊散射，获得布里渊放大后的调制激光信号；
步骤五、采用探测器1-9从环形器1-7的3号端口探测布里渊散射放大后的调制激光信号；并进行光电转换，获得滤波信号，实现通带微波的滤波。
本实施方式所述一号激光器作为泵浦光源，输出激光频率为νp，二号激光器输出微波信号的载波光，输出激光器频率为νz。如果泵浦光与载波光一阶下边频频率之差为光纤的布里渊频移νB，则二者在光纤中发生受激布里渊散射（S1-2S），泵浦光能量转移给载波光，从而使得载波得到放大，滤波装置的通带频率为：f=νz-νp-νB。
通过相位调制获得多条等幅光谱线可以获得宽通带的微波光子滤波装置，并且通过改变泵浦光等幅光谱线条数和调制信号的基频就可以连续改变微波光子滤波装置的通带宽度，使微波光子滤波装置的通带宽度具有可重构性。
本实施方式所述一号相位调制器1-2的调制频率为单频时获得三条等幅光谱线，调制频率为多频时能够获得5、7、9、11…2n-1条等幅光谱线。
本实施方式所述获得的泵浦光的N条等幅光谱线信号，使得布里渊增益谱展宽，由于泵浦光中每条等幅线所对应的布里渊增益谱有大约30MHz线宽，在调制频率较小的情况下，布里渊增益谱相互叠加，可获得一个顶平带宽较宽的增益谱，布里渊增益谱与微波光子滤波装置的通带是对应关系，从而可获得较宽的顶平的微波通带。
函数发生器输出调制信号基频等于泵浦光等幅光谱线的谱间距，当调制信号的基频为20MHz时，11条等幅光谱线对应约220MHz通带带宽，30MHz时约为330MHz的通带宽度。因此，通过改变泵浦光等幅光谱线条数和调制信号的基频就可以连续改变微波光子滤波装置的通带宽度，使微波光子滤波装置的通带宽度具有可重构性。
Claims (4)
1.一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置，其特征在于，该滤波装置包括一号激光器（1-1）、一号相位调制器（1-2）、射频放大器（1-3）、函数发生器（1-4）、掺铒光纤放大器（1-5）、一号隔离器（1-6）、环形器（1-7）、光纤（1-8）、探测器（1-9）、二号隔离器（1-10）、、二号相位调制器（1-11）和二号激光器（1-12）；
一号激光器（1-1）的激光信号输出端连接一号相位调制器（1-2）的激光信号输入端，函数发生器（1-4）的调制信号输出端连接射频放大器（1-3）的调制信号输入端，射频放大器（1-3）的驱动信号输出端连接一号相位调制器（1-2）的驱动信号输入端，一号相位调制器（1-2）的调制信号输出端连接掺铒光纤放大器（1-5）的光信号输入端，掺铒光纤放大器（1-5）的光信号输出端连接一号隔离器（1-6）的光信号输入端，一号隔离器（1-6）的光信号输出端连接环形器（1-7）的1号端口，环形器（1-7）的2号端口连接光纤（1-8）的一端，环形器（1-7）的3号端口连接探测器（1-9）的探测信号输入端；
二号相位调制器（1-11）的载波信号输入端连接二号激光器（1-12）的激光信号输出端，二号激光器（1-12）的调制信号输出端连接二号隔离器（1-10）的光信号输入端，二号隔离器（1-10）的光信号输出端连接光纤（1-8）的另一端。
2.根据权利要求1所述的一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置，其特征在于，光纤（1-8）采用单模光纤实现。
3.根据权利要求1所述的一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置，其特征在于，一号激光器（1-1）采用分布反馈式半导体激光器，所述分布反馈式半导体激光器输出激光波长在1550nm。
4.一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子的滤波方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
步骤一、同时开启一号激光器（1-1）、二号激光器（1-12）和函数发生器（1-4），一号激光器（1-1）产生泵浦光，二号激光器（1-12）产生载波激光信号，函数发生器输出调制信号，制信号经射频放大器（1-3）放大后对一号相位调制器（1-2）进行驱动；
步骤二、一号相位调制器（1-2）对一号激光器（1-1）产生的泵浦光进行相位调制，获得泵浦光的N条等幅光谱线信号，其中N=3、5、7、9、11…2n-1，n为正整数；
步骤三、将待测信号输入至二号相位调制器（1-11），二号相位调制器（1-11）在进行相位调制，获得调制后激光信号；
步骤四、调制激光信号与泵浦光的n条等幅光谱线信号在光纤（1-8）中发生受激布里渊散射，获得布里渊放大后的调制激光信号；
步骤五、采用探测器（1-9）从环形器（1-7）的3号端口探测布里渊散射放大后的调制激光信号；并进行光电转换，获得滤波信号，实现通带微波的滤波。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |