CN104898304A - 一种引入无限脉冲响应的微波光子滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种引入无限脉冲响应的微波光子滤波器，属于微波光子滤波器技术领域，在有限脉冲响应滤波器结构的基础上，将光电探测器转换来的射频信号再次输入到双驱动马赫曾德尔调制器中，形成一个电反馈循环回路，从而引入了无限脉冲响应。引入无限脉冲响应后微波光子滤波器的频率选择特性得到了明显改善，3dB带宽减小了，主旁瓣抑制比增加了。采用波长间隔可调谐的多波长激光器作滤波器的光源，通过调节激光器输出激光的波长间隔，可以使滤波器获得不同的自由频谱范围。

Description

一种引入无限脉冲响应的微波光子滤波器
技术领域
本发明属于微波光子滤波器技术领域，特别是在有限脉冲响应滤波器的基础上引入无限脉冲响应滤波器，使微波光子滤波器具有更好的频率选择特性。
背景技术
随着微波光子学的不断发展，作为其分支之一的微波光子滤波器也得到了深入研究。微波光子滤波器是在光域范围内处理微波信号，具有带宽宽、损耗低、防电磁干扰等优点，因此得到了广泛的应用。
光源是微波光子滤波器的重要组成部分，通过调节光源的输出功率、波长数目、波长间隔等可以实现滤波器的其他重要特性。而依据整个微波光子滤波器结构中光源产生的抽头数目，可将滤波器分为有限脉冲响应滤波器和无限脉冲响应滤波器。有限脉冲响应滤波器的抽头数目有限，若要增加抽头数目，则需要增加器件。而无限脉冲响应滤波器大多是由光纤延迟环构成，形成光信号的无限循环。近年来，有人将无限脉冲响应滤波器与有限脉冲响应滤波器相结合来改善滤波器的各种特性。
发明内容
本发明的主要目的是有效的改善微波光子滤波器的频率选择特性，简单而快速的改变滤波器频率响应的形状，提出了一种引入无限脉冲响应的微波光子滤波器。在原本有限脉冲响应滤波器的基础上，将光电探测器转换来的射频信号再次输入到调制器中，形成了一个循环回路，从而引入了无限脉冲响应，得到了有限脉冲响应滤波器与无限脉冲滤波器相结合的结构。采用多波长光纤激光器作光源，通过调节其中的偏振控制器，可以改变输出激光的波长间隔。
本发明的技术方案是：
一种引入无限脉冲响应的微波光子滤波器，包括多波长光纤激光器、射频信号发生器、射频信号分析仪、无限脉冲响应滤波器，所述的无限脉冲响应滤波器包括射频信号放大器、射频信号分配器和有限脉冲响应滤波器，所述的有限脉冲响应滤波器包括双驱动马赫曾德尔调制器、单模光纤B和光电探测器，所述的多波长光纤激光器输出的多波长激光进入双驱动马赫曾德尔调制器中，与射频信号发生器产生的射频信号和由光电探测器转换来的射频信号发生调制；
其中，调制后的信号光沿单模光纤B传输后，进入光电探测器，光电探测器将信号光转换为射频信号，射频信号经射频信号放大器放大后，被射频信号分配器分为两路，一路传输至双驱动马赫曾德尔调制器，一路传输至射频信号分析仪进行分析。
多波长光纤激光器包括980nm泵浦源、波分复用器、掺铒光纤、光隔离器、偏振控制器A、保偏光纤A、偏振控制器B、保偏光纤B、单模光纤A、耦合器。保偏光纤A、偏振控制器B和保偏光纤B相连接构成一个梳状滤波器，并通过调节偏振控制器B改变保偏光纤A和保偏光纤B连接后的有效长度，使梳状滤波器产生不同间隔的光谱，从而使多波长光纤激光器产生的激光具有不同的波长间隔。耦合器的两个输出端口的功率比为10:90，多波长光纤激光器产生的多波长激光从耦合器输出功率占10％的端口输出。
有限脉冲响应滤波器之后，使用射频信号放大器将由光电探测器转换来的射频信号放大，射频信号分配器将放大后的射频信号分为两路，一路被再次输入到双驱动马赫曾德尔调制器中，形成了一个电反馈循环回路，引入了无限脉冲响应滤波器。因此，无限脉冲响应滤波器是以有限脉冲响应滤波器为基础结构引入的。
结构中，掺铒光纤的长度为4m，保偏光纤A和保偏光纤B长度的取值范围分别为为4～15m，单模光纤A和单模光纤B长度的取值范围均为为3km～25km。进一步的，选取保偏光纤A和保偏光纤B的长度分别为4m和10m，单模光纤A和单模光纤B的长度均为15km。
本发明的优点和有益效果：
本发明提出了一种引入无限脉冲响应的微波光子滤波器。将光电探测器转换来的射频信号再次输入到调制器中进行调制，形成电反馈循环回路，从而将无限脉冲响应引入到微波光子滤波器中。从整个结构来看，该微波光子滤波器是由有限脉冲响应滤波器和无限脉冲响应滤波器相级联构成，级联后的滤波器频率选择特性得到了有效改善。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明微波光子滤波器结构图。
图1中：1.多波长光纤激光器(1)，2.980nm泵浦源，3.波分复用器，4.掺铒光纤，5.光隔离器，6.偏振控制器A，7.保偏光纤A，8.偏振控制器B，9.保偏光纤B，10.单模光纤A，11.耦合器，12.双驱动马赫曾德尔调制器，13.射频信号发生器，14.单模光纤B，15.光电探测器，16.射频信号放大器，17.射频信号分配器，18.射频信号分析仪，19.有限脉冲响应滤波器，20.无限脉冲响应滤波器。
具体实施方式
参见附图1，本发明包括：多波长光纤激光器1、双驱动马赫曾德尔调制器12、射频信号发生器13、单模光纤B14、光电探测器15、射频信号放大器16、射频信号分配器17、射频信号分析仪18。其中，多波长光纤激光器1包括980nm泵浦源2、波分复用器3、掺铒光纤4、光隔离器5、偏振控制器A6、保偏光纤A7、偏振控制器B8、保偏光纤B9、单模光纤A10、耦合器11。
本发明的连接关系为：多波长光纤激光器1产生的多波长激光从耦合器11输出功率占10％的端口输出后，进入双驱动马赫曾德尔调制器12中，与射频信号发生器13产生的射频信号和由光电探测器15转换来的射频信号发生调制。调制后的信号光沿单模光纤B14传输后，进入光电探测器15，光电探测器15将信号光转换为射频信号。射频信号经射频信号放大器16放大后，被射频信号分配器17分为两路，一路传输至双驱动马赫曾德尔调制器12，一路传输至射频信号分析仪18进行分析。
多波长光纤激光器1作为滤波器的光源来产生多抽头。980nm泵浦光源2通过一个980nm/1550nm的波分复用器3泵浦一段掺铒光纤4产生光谱，光隔离器5保证光的单向传输，偏振控制器A6调节光的偏振态，单模光纤A10具有稳频的作用，耦合器11输出产生的激光。耦合器11的两个输出端口的功率比为10:90。保偏光纤A7、偏振控制器B8和保偏光纤B9相连接构成一个梳状滤波器，通过调节偏振控制器B8可以改变保偏光纤A7和保偏光纤B9连接后的有效长度，使梳状滤波器产生不同间隔的光谱，从而使多波长光纤激光器1产生的激光具有不同的波长间隔。
在原有双驱动马赫曾德尔调制器12、单模光纤B14、光电探测器15构成的有限脉冲响应滤波器19之后，使用射频信号放大器16将由光电探测器15转换来的射频信号放大，射频信号分配器17将放大后的射频信号分为两路，一路被再次输入到双驱动马赫曾德尔调制器12中，形成了一个电反馈循环回路，从而引入了无限脉冲响应滤波器20。从整个结构来看，该微波光子滤波器由有限脉冲响应滤波器19和无限脉冲响应滤波器20相结合构成。
在不考虑无限脉冲响应滤波器20的情况下，原本有限脉冲响应滤波器19的频率响应为(其中，fm为射频信号功率，N为光源的波长数目或抽头数目，n＝1,2,…,N，Pn为功率，T为光源相邻两抽头间的延时差)。依据信号流图理论，无限脉冲响应滤波器20的频率响应为H2(fm)＝k·lo/[1-(1-k)Gexp(-j2πTfm)](其中，k为射频信号分配器的分配比，lo为滤波器损耗，G为射频信号放大器增益)。两个滤波器结合后的微波光子滤波器响应为：
H ( f m ) = k · l o · ( - j 2 π ( n - 1 ) Tf m ) / [ 1 - ( 1 - k ) G exp ( - j 2 πTf m ) ] .
经分析和仿真得，引入无限脉冲响应后的微波光子滤波器具有更好的频率选择特性，其频率响应的3dB带宽减小，主旁瓣抑制比增加。通过调节射频信号放大器的增益可以简单快速的改变滤波器频率响应的形状。
有限脉冲响应滤波器(19)和无限脉冲响应滤波器20所形成的延时差一致，均为光源两抽头间的延时差T。T＝D·Δλ·l，其中D和l分别为单模光纤B14的色散系数和长度，Δλ为光源两抽头间的波长间隔。微波光子滤波器的自由频谱范围为FSR＝1/T＝1/(D·Δλ·l)，可知其与激光器的波长间隔成反比关系。当调节保偏光纤A7和保偏光纤B9之间的偏振控制器B8时，可以获得不同波长间隔的激光，从而使微波光子滤波器具有不同的自由频谱范围。
结构中，掺铒光纤4的长度为4m，保偏光纤A7和保偏光纤B9的长度分别为4m和10m。单模光纤A10和单模光纤B14的长度均为15km。
因为滤波器的自由频谱范围FSR和激光波长间隔有关，所以波长间隔改变时，滤波器的FSR也会随之改变，实现了滤波器的调谐特性。
由光电探测器15转换来的射频信号被再次输入到双驱动马赫曾德尔调制器12中，形成的无限脉冲响应滤波器20与原本的有限脉冲响应滤波器19相级联后，微波光子滤波器的频率选择特性得到了改善，其3dB带宽减小，主旁瓣抑制比增加。另外，通过调节射频信号放大器16的增益使滤波器的3dB带宽和主旁瓣抑制比发生改变，从而可以简单快速的改变滤波器频率响应的形状。
本发明提出的微波光子滤波器将无限脉冲响应引入到结构中，有效的改善了滤波器的频率选择特性，并且可以通过调节射频信号放大器的增益来改变滤波器频率响应的形状。采用波长间隔可调谐的多波长光纤激光器作光源，有利于改变滤波器的自由频谱范围，实现可调谐。

Claims (10)

1.一种引入无限脉冲响应的微波光子滤波器，其特征在于：包括多波长光纤激光器(1)、射频信号发生器(13)、射频信号分析仪(18)、无限脉冲响应滤波器(20)，所述的无限脉冲响应滤波器(20)包括射频信号放大器(16)、射频信号分配器(17)和有限脉冲响应滤波器(19)，所述的有限脉冲响应滤波器(19)包括双驱动马赫曾德尔调制器(12)、单模光纤B(14)和光电探测器(15)，所述的多波长光纤激光器(1)输出的多波长激光进入双驱动马赫曾德尔调制器(12)中，与射频信号发生器(13)产生的射频信号和由光电探测器(15)转换来的射频信号发生调制；
其中，调制后的信号光沿单模光纤B(14)传输后，进入光电探测器(15)，光电探测器(15)将信号光转换为射频信号，射频信号经射频信号放大器(16)放大后，被射频信号分配器(17)分为两路，一路传输至双驱动马赫曾德尔调制器(12)，一路传输至射频信号分析仪(18)进行分析。
2.根据权利要求1所述的微波光子滤波器，其特征在于：所述的多波长光纤激光器(1)包括980nm泵浦源(2)、波分复用器(3)、掺铒光纤(4)、光隔离器(5)、偏振控制器A(6)、保偏光纤A(7)、偏振控制器B(8)、保偏光纤B(9)、单模光纤A(10)、耦合器(11)。
3.根据权利要求2所述的微波光子滤波器，其特征在于：所述耦合器(11)的两个输出端口的功率比为10:90，多波长光纤激光器(1)产生的多波长激光从耦合器(11)输出功率占10％的端口输出。
4.根据权利要求2所述的微波光子滤波器，其特征在于：所述保偏光纤A(7)、偏振控制器B(8)和保偏光纤B(9)相连接构成一个梳状滤波器，并通过调节偏振控制器B(8)改变保偏光纤A(7)和保偏光纤B(9)连接后的有效长度，使梳状滤波器产生不同间隔的光谱，从而使多波长光纤激光器(1)产生的激光具有不同的波长间隔。
5.根据权利要求1所述的微波光子滤波器，其特征在于：在所述的有限脉冲响应滤波器(19)之后，使用射频信号放大器(16)将由光电探测器(15)转换来的射频信号放大，射频信号分配器(17)将放大后的射频信号分为两路，一路被再次输入到双驱动马赫曾德尔调制器(12)中，形成了一个电反馈循环回路。
6.根据权利要求1所述的微波光子滤波器，其特征在于：所述的无限脉冲响应滤波器(20)是以有限脉冲响应滤波器(19)为基础结构引入的。
7.根据权利要求2所述的微波光子滤波器，其特征在于：所述的掺铒光纤(4)的长度为4m，保偏光纤A(7)和保偏光纤B(9)长度的取值范围分别为为4～15m，所述的单模光纤A(10)长度的取值范围为3km～25km。
8.根据权利要求1所述的微波光子滤波器，其特征在于：所述的单模光纤B(14)长度的取值范围为3km～25km。
9.根据权利要求7所述的微波光子滤波器，其特征在于：所述的保偏光纤A(7)和保偏光纤B(9)的长度分别为4m和10m，所述的单模光纤A(10)的长度为15km。
10.根据权利要求8所述的微波光子滤波器，其特征在于：所述的单模光纤B(14)的长度为15km。
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