CN103278941A - 基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器及其滤波方法 - Google Patents
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Abstract
基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器及其滤波方法，涉及基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器及其滤波方法。它为了解决现有微波光子滤波器存在不可重构、不能连续调谐和获得通带带宽受限的问题。微波光子滤波器包括第一激光器、第一掺铒光纤放大器、第一隔离器、光纤耦合器、第一相位调制器、微波源、布拉格光栅滤波器、第二掺铒光纤放大器、第二隔离器、探测器、偏振光分束器、第二激光器、第二相位调制器和环形器;滤波方法通过将待滤波的微波信号加载到第二激光器发射的载波光上，并加载后的载波光通过布里渊动态光栅后经探测器输出微波信号，完成基于受激布里渊散射动态光栅的滤波。本发明适用于微波光子学领域和光通信领域。
Description
技术领域
本发明涉及基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器及其滤波方法，属于微波光子学领域和光通信领域。
背景技术
传统的滤波技术中用到大量的电子电路对微波号进行处理，系统复杂且容易受到电磁干扰。随着光纤通信全光网络建设及高通信容量不断发展，传统滤波器已不适应了。而微波光子滤波器是微波信号直接调制光载波，利用光学方法在光域内对微波信号进行处理。该滤波器使用到光纤、光放大器、耦合器等，具有高带宽，损耗较小，结构紧凑，体积小，重量少，抗电磁干扰强、易于同光网络耦合的特点。微波光子滤波器在雷达、光纤通信、卫星通信、智能城市、物联网、全光网络等领域有着广阔的应用前景。
在光通信领域，微波信号通过相位调制器加载到载波上产生上下边频，其一阶上下边频相位差为π，而微波光子滤波器的关键技术是如何测量出一阶上边频(或一阶下边频)和载频混频后的拍频信号。目前，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 Yuam Cao，“WidelyTunable Single Bandpass Microwave Photonic Filter Based on Phase Modulation andStimulated Brillouin Scattering,”IEEE Photonics Technology Letters，24，1097-1099，2012.)，当一阶边频不在受激布里渊增益谱内，一阶上下边频和载频混频的拍频信号相互抵消，探测器输出为直流信号;当一阶下边频(或一阶上边频)进入受激布里渊增益谱内，得到放大，则一阶上下边频和载频混频的拍频信号不能相互抵消，探测器输出为拍频信号。然而该方案所得微波光子滤波器的通带宽度受限于受激布里渊增益谱线宽，大约为35MHz左右，不利于在波分复用系统和雷达领域使用。另一种方案使用相移光纤布拉格光栅来实现相位调制到强度调制的转变(Wangzhi Li，Ming Li，and Jianping Yao，“A NaTow-Passbandand Frequency-Tunable Microwave Photonic Filter Based on Phase-Modulation toIntensity-Modulation Convefsion Using a Phase-Shifted Fiber Bragg Grating,”IEEETtransactions on Microwave Theory and Techniques，60，1287-1296，2012·)，然而该方案的通带带宽最小为6OMHz，且制造相移光纤布拉格光栅工艺复杂，价格较高。Adam Byrnes等人利用As2S3光子芯片实现受激布里渊散射获得23MHz的窄通带(Adam Byrnes，RaviPant，"Photonic chip based tunable and reconfigurable narrowband microwave photonic filterusing stimulated Brillouin scattering,"Optics Express，20，18845-18854，2012.)，但As2S3光子芯片制作工艺复杂，价格昂贵，系统操作复杂。
发明内容
本发明为了解决现有的微波光子滤波器存在不可重构和不能连续调谐，且获得通带带宽受限的问题，从而提出了基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器及其滤波方法。
基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器包括第一激光器、第一掺铒光纤放大器、第一隔离器、光纤耦合器、第一相位调制器、微波源、布拉格光栅滤波器、第二掺铒光纤放大器、第二隔离器、探测器、偏振光分束器、第二激光器、第二相位调制器和环形器，
第一激光器发射的激光经光纤耦合器分成两束激光，并将所述的两束激光分别送至第一掺铒光纤放大器和第一相位调制器，
第一掺铒光纤放大器将接收到的激光的功率进行放大产生第一泵浦光，经第一隔离器入射至偏振光分束器的B端口，经偏振光分束器的C端口将具有y偏振的第一泵浦光入射至保偏光纤;
微波源发射的微波信号至第一相位调制器，第一相位调制器将接收到的激光和微波信号进行调制产生第二泵浦光，经布拉格光栅滤波器滤除的第二泵浦光的下边频发射至第二掺铒光纤放大器，该第二掺铒光纤放大器将接收到的布里渊频移信号的功率进行放大，经第二隔离器入射至环形器的第1端口，经进环形器的第2端口出入射至保偏光纤，
第一泵浦光和第二泵浦光在保偏光纤产生布里渊动态光栅;
第二激光器发射的载波光入射至第二相位调制器，第二相位调制器将接收到的待滤波的微波信号加载到载波光上，并将加载后的载波光发射至偏振光分束器的A端口，经偏振光分束器的C端口将具有x偏振的散射光波入射至保偏光纤，经保偏光纤的散射光波入射至环形器的第2端口，经进环形器的第3端口入射至探测器，该探测器将光信号转换为电信号输出。
所述的第一激光器和第二激光器均为分布反馈式半导体激光器。
光纤耦合器的分光率为:1:1。
光纤耦合器的分光率为:9:1，第一泵浦光的分光率为1，第二泵浦光的分光率为9。
基于受激布里渊散射动态光栅的滤波方法为:
调整第一掺铒光纤放大器，使经偏振光分束器的C端口将具有y偏振的第一泵浦光入射至保偏光纤;调整第二掺铒光纤放大器，使第二泵浦光经第二隔离器入射至环形器的第1端口，经进环形器的第2端口出入射至保偏光纤，使第一泵浦光和第二泵浦光处于同一偏振态，进而使第一泵浦光和第二泵浦光的频率差等于保偏光纤的布里渊频移，使在保偏光纤中的光束受激布里渊散射最强，形成最强布里渊动态光栅;待滤波的微波信号通过第二相位调制器调制加载到第二激光器发射的载波光上，加载后的载波光通过布里渊动态光栅后经探测器输出微波信号，完成基于受激布里渊散射动态光栅的滤波。
本发明通过调节第一激光器或第二激光器的频率，使得第一泵浦光和第二泵浦光整体移动，(图2中虚线部分)，进而改变后向散射频率，就可以连续调谐滤波器的通带中心频率。通过增加保偏光纤长度可以获得超窄带宽。
本发明具有以下的优点:
1、本发明所述的基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器能够获得超窄带滤波，当光纤长度几百米时，可获得亚MHz带宽。
2、通过调节调节第一激光器或第二激光器的频率，可以改变动态光栅的后向散射光频率，滤除相应边频，得到调制信号，这样就能连续调谐微波光子滤波器通带的中心频率。
3、通过调节产生动态光栅的光纤长度可以改变微波光子滤波器的通带宽度，实现通带的可重构特性。
附图说明
图1为本发明所述的基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器的光路原理图;
图2为第一泵浦光、第二泵浦光和载波光频率关系示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器包括第一激光器1-1、第一掺铒光纤放大器2-1、第一隔离器3-1、光纤耦合器4、第一相位调制器5、微波源6、布拉格光栅滤波器7、第二掺铒光纤放大器8、第二隔离器9、探测器10、偏振光分束器11、第二激光器12、第二相位调制器13和环形器14，
第一激光器1-1发射的激光经光纤耦合器4分成两束激光，并将所述的两束激光分别送至第一掺铒光纤放大器2-1和第一相位调制器5，
第一掺铒光纤放大器2-1将接收到的激光的功率进行放大产生第一泵浦光，经第一隔离器3-1入射至偏振光分束器1l的B端口，经偏振光分束器1l的C端口将具有y偏振的第一泵浦光入射至保偏光纤;
微波源6发射的微波信号至第一相位调制器5，第一相位调制器5将接收到的激光和微波信号进行调制产生第二泵浦光，经布拉格光栅滤波器7滤除的第二泵浦光的下边频发射至第二掺铒光纤放大器8，该第二掺铒光纤放大器8将接收到的布里渊频移信号的功率进行放大，经第二隔离器9入射至环形器14的第1端口，经进环形器14的第2端口出入射至保偏光纤，
第一泵浦光和第二泵浦光在保偏光纤产生布里渊动态光栅;
第二激光器12发射的载波光入射至第二相位调制器13，第二相位调制器13将接收到的待滤波的微波信号加载到载波光上，并将加载后的载波光发射至偏振光分束器11的A端口，经偏振光分束器1l的C端口将具有x偏振的散射光波入射至保偏光纤，经保偏光纤的散射光波入射至环形器14的第2端口，经进环形器14的第3端口入射至探测器10，该探测器10将光信号转换为电信号输出。
具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器的区别在于，所述的第一激光器1-1和第二激光器12均为分布反馈式半导体激光器。
具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式一所述的基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器的区别在于，光纤耦合器4的分光率为:1:1。
在本实施方式中第一激光器1-1作为泵浦光源，频率为vp，经过50%:50%的光纤耦合器4分成两路，上支作为第一泵浦光，频率为vp，提供能量，下支作为第二泵浦光是斯托克斯光，频率为vp-vB，二者进入光纤中产生受激布里渊散射(SBS)，形成基于受激布里渊散射的动态光栅(BDG)。第二激光器12输出光作为载波光，在155Onm波段。
第一泵浦光为连续光，经过第一掺铒光纤放大器2-l(EDFA)进行功率放大，第一隔离器3-1防止反向传输的光进入激光器，损坏激光器。第二泵浦光也为连续光，进入第一相位调制器5，由微波源6输出vB的信号对光波进行调制，产生上下边频(即反斯托克斯光和斯托克斯光)，经过布拉格光栅滤波器7滤波，得到频率为vp-vB的斯托克斯光(即第二泵浦光)，通过第二掺铒光纤放大器8(EDFA)进行功率放大，经过第二隔离器防止反向传输的光进入激光器，通过偏振光分束器11和环形器14端口进入光纤中。
第二激光器12输出激光频率为vz＞vp载波光，载波光通过偏振光分束器11的C端口进入光纤中。
具体实施方式四、本实施方式与具体实施方式一所述的基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器的区别在于，光纤耦合器4的分光率为:9:1，第一泵浦光的分光率为1，第二泵浦光的分光率为9。
具体实施方式五、结合图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式为基于具体实施方式一所述的受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器的基于受激布里渊散射动态光栅的滤波方法，
调整第一掺铒光纤放大器2-1，使经偏振光分束器1l的C端口将具有y偏振的第一泵浦光入射至保偏光纤;调整第二掺铒光纤放大器8，使第二泵浦光经第二隔离器9入射至环形器14的第1端口，经进环形器14的第2端口出入射至保偏光纤，使第一泵浦光和第二泵浦光处于同一偏振态，进而使第一泵浦光和第二泵浦光的频率差等于保偏光纤的布里渊频移，使在保偏光纤中的光束受激布里渊散射最强，形成最强布里渊动态光栅;待滤波的微波信号通过第二相位调制器13调制加载到第二激光器12发射的载波光上，加载后的载波光通过布里渊动态光栅后经探测器10输出微波信号，完成基于受激布里渊散射动态光栅的滤波。
在本实施方式中透射的载波光从环形器14端口进入光电探测器输出，通过调节第一激光器1-1或第二激光器12的频率，使得第一泵浦光和第二泵浦光整体移动，(图2中虚线部分)，进而改变后向散射频率，就可以连续调谐滤波器的通带中心频率。通过增加光纤长度可以获得超窄带宽。
Claims (5)
1.基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器，其特征在于:它包括第一激光器(1-1)、第一掺铒光纤放大器(2-1)、第一隔离器(3-1)、光纤耦合器(4)、第一相位调制器(5)、微波源(6)、布拉格光栅滤波器(7)、第二掺铒光纤放大器(8)、第二隔离器(9)、探测器(10)、偏振光分束器(11)、第二激光器(12)、第二相位调制器(13)和环形器(14)，
第一激光器(1-1)发射的激光经光纤耦合器(4)分成两束激光，并将所述的两束激光分别送至第一掺铒光纤放大器(2-1)和第一相位调制器(5)，
第一掺铒光纤放大器(2-1)将接收到的激光的功率进行放大产生第一泵浦光，经第一隔离器(3-1)入射至偏振光分束器(11)的B端口，经偏振光分束器(11)的C端口将具有y偏振的第一泵浦光入射至保偏光纤;
微波源(6)发射的微波信号至第一相位调制器(5)，第一相位调制器(5)将接收到的激光和微波信号进行调制产生第二泵浦光，经布拉格光栅滤波器(7)滤除的第二泵浦光的下边频发射至第二掺铒光纤放大器(8)，该第二掺铒光纤放大器(8)将接收到的布里渊频移信号的功率进行放大，经第二隔离器(9)入射至环形器(14)的第1端口，经进环形器(14)的第2端口出入射至保偏光纤，
第一泵浦光和第二泵浦光在保偏光纤产生布里渊动态光栅;
第二激光器(12)发射的载波光入射至第二相位调制器(13)，第二相位调制器(13)将接收到的待滤波的微波信号加载到载波光上，并将加载后的载波光发射至偏振光分束器(11)的A端口，经偏振光分束器(11)的C端口将具有x偏振的散射光波入射至保偏光纤，经保偏光纤的散射光波入射至环形器(14)的第2端口，经进环形器(14)的第3端口入射至探测器(10)，该探测器(10)将光信号转换为电信号输出。
2.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器，其特征在于:所述的第一激光器(1-1)和第二激光器(12)均为分布反馈式半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器，其特征在于:光纤耦合器(4)的分光率为:1:1。
4.根据权利要求1所述的基于受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器，其特征在于:光纤耦合器(4)的分光率为:9:1，第一泵浦光的分光率为1，第二泵浦光的分光系为9。
5.基于权利要求1所述的受激布里渊散射动态光栅的微波光子滤波器的基于受激布里渊散射动态光栅的滤波方法，其特征在于:
调整第一掺挕光纤放大器(2-1)，使经偏振光分束器(11)的C端口将具有y偏振的第一泵浦光入射至保偏光纤;调整第二掺铒光纤放大器(8)，使第二泵浦光经第二隔离器(9)入射至环形器(14)的第1端口，经进环形器(14)的第2端口出入射至保偏光纤，使第一泵浦光和第二泵浦光处于同一偏振态，进而使第一泵浦光和第二泵浦光的频率差等于保偏光纤的布里渊频移，使在保偏光纤中的光束受激布里渊散射最强，形成最强布里渊动态光栅;待滤波的微波信号通过第二相位调制器(13)调制加载到第二激光器(12)发射的载波光上，加载后的载波光通过布里渊动态光栅后经探测器(10)输出微波信号，完成基于受激布里渊散射动态光栅的滤波。
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