CN106125348A - 一种基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器 - Google Patents

一种基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器 Download PDF

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Abstract

一种基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器，属于微波光子学的调谐滤波技术领域。所述装置包括；第一耦合器，用于将调制载波信号分成一路调制信号和一路载波信号；电光调制器，用于将待调制微波信号通过所述调制信号进行抑制载波单边带调制，得到单边带信号；第二耦合器，用于将所述单边带信号分成两路信号；光波导法珀腔组，用于将所述单边带信号分成的两路信号分别进行可调谐滤波处理；重构单元，用于将两路可调谐滤波处理后的信号进行耦合后与所述载波信号耦合获得重构信号。本发明通过两路信号分别进行可调谐滤波处理可以实现对信号的调谐滤波，以便快速的生成重构信号，另外，由于结构简单实现了小体积集成，并且降低了能耗。

Description

一种基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器
技术领域
本发明涉及一种基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器，属于微波光子学的调谐滤波技术领域。
背景技术
可调谐可重构滤波在信号处理系统中具有非常重要的应用，但现有的电子学滤波系统如受激布里渊散射、微环谐振器和延时线等实现滤波函数的调谐滤波所需的时间较长，导致调谐速度较慢，并且这些系统体积庞大且价格昂贵。
发明内容
本发明提供了一种基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器，以解决现有技术中调谐滤波所需的时间较长，导致调谐速度较慢，以及系统体积庞大且价格昂贵的问题，为此本发明采用如下的技术方案：
一种基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器，包括：
第一耦合器，用于将调制载波信号分成一路调制信号和一路载波信号；
电光调制器，用于将待调制微波信号通过所述调制信号进行抑制载波单边带调制，得到单边带信号；
第二耦合器，用于将所述单边带信号分成两路信号；
光波导法珀腔组，用于将所述单边带信号分成的两路信号分别进行可调谐滤波处理；
重构单元，用于将两路可调谐滤波处理后的信号进行耦合后与所述载波信号耦合获得重构信号。
本发明所述的基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器通过两路信号分别进行可调谐滤波处理可以实现对信号的调谐滤波，以便快速的生成重构信号，另外，由于结构简单实现了小体积集成，并且降低了能耗。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一微波信号的滤波方法的流程图；
图2为本发明实施例所述的一基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器的结构示意图；
图3为本发明实施例所述的另一基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器的结构示意图；
图4为本发明实施例所述的另一微波信号的滤波方法的流程图；
图5为本发明实施例所述的一基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器中光波导法珀腔组240中每个光波导法珀腔的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本具体实施方式提供了一种微波信号的滤波方法，如图1所示，包括：
S110、将调制载波信号分成一路调制信号和一路载波信号。
具体地，调制载波信号通过单色激光器产生，通过耦合器将调制载波信号分成两路信号：一路作为调制信号和一路作为载波信号。
S120、将待调制微波信号通过所述调制信号进行抑制载波单边带调制，得到单边带信号。
具体地，电光调制器将待调制微波信号通过所述调制信号进行抑制载波单边带调制，实现微波信号的上转换得到单边带信号，其中单边带可以是上边带也可以是下边带。
S130、将所述单边带信号分成两路信号分别进行可调谐滤波处理。
首先，耦合器将所述单边带信号分成两路信号，分别送入两个电光波导法珀腔；然后，第一路信号通过第一电压控制信号控制电光波导法珀腔的第一滤波函数移动进行可调谐滤波处理；第二路信号通过第二电压控制信号控制电光波导法珀腔的第二滤波函数移动进行可调谐滤波处理。
进一步，通过所述第一滤波函数和第二滤波函数的中心位置的移动进行可调谐滤波处理。具体地，当第一滤波函数和第二滤波函数的中心位置重叠时，系统具有最小3dB带宽，故两个滤波函数的中心位置稍微错开一点时系统的3dB带宽随之增加，从而实现可重构性；当两个滤波函数的中心位置同时移动时可以实现可调谐性。故通过分别控制两个电光波导法珀腔的外加电压，可以实现两个滤波函数的中心位置和3dB带宽的精确控制，同时实现滤波函数的可调谐和可重构。
S140、将两路可调谐滤波处理后的信号进行耦合后与所述载波信号耦合获得重构信号。
首先，将两路可调谐滤波处理后的信号耦合后进行放大处理；其次，将放大处理后的信号与所述载波信号的单边带信号进行耦合；最后，探测所述放大处理后的信号与所述载波信号的单边带信号的差频信号，将所述放大处理后的信号的单边带信号下转换到微波信号，所述微波信号为重构信号。
本具体实施方式提供了一种基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器，如图2所示，包括：
第一耦合器210，用于将调制载波信号分成一路调制信号和一路载波信号；
电光调制器220，用于将待调制微波信号通过所述调制信号进行抑制载波单边带调制，得到单边带信号；
第二耦合器230，用于将所述单边带信号分成两路信号；
光波导法珀腔组240，用于将所述单边带信号分成的两路信号分别进行可调谐滤波处理；
重构单元250，用于将两路可调谐滤波处理后的信号进行耦合后与所述载波信号耦合获得重构信号。
如图3所示，所述滤波装置还可以包括：
单色激光器310，用于产生所述调制载波信号。
作为可选的，所述光波导法珀腔组240可以包括第一光波导法珀腔2401和第二光波导法珀腔2402，所述第一光波导法珀腔2401和第二光波导法珀腔2402并联设置；
第一光波导法珀腔2401，用于将第一路信号通过第一电压控制信号控制第一电光波导法珀腔2401中第一滤波函数移动进行可调谐滤波处理；
第二光波导法珀腔2402，用于将第二路信号通过第二电压控制信号控制第二电光波导法珀腔2402中第二滤波函数移动进行可调谐滤波处理。
控制处理电路320，用于控制所述第一滤波函数和第二滤波函数的中心位置的移动；
所述第一光波导法珀腔2401和第二光波导法珀腔2402通过所述第一滤波函数和第二滤波函数的中心位置的移动进行可调谐滤波处理。
所述重构单元250可以包括第三耦合器330、放大器340、第四耦合器350和探测器360：
第三耦合器330，用于将两路可调谐滤波处理后的信号耦合；
放大器340，用于将第三耦合器330输出的耦合信号进行放大处理；作为可选的，该放大器可以采用EDFA(掺铒光纤放大器，Erbium-doped Optical Fiber Amplifier)。
第四耦合器350，用于将放大处理后的信号与所述载波信号的单边带信号进行耦合；
探测器360，用于探测所述放大处理后的信号与所述载波信号的单边带信号的差频信号，将所述放大处理后的信号的单边带信号下转换到微波信号，所述微波信号为重构信号。
结合图3所示的基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器，本发明实施例所述的方法如图4所示，可以包括：
S410、第一耦合器210将单色激光器310产生的调制载波信号分成一路调制信号和一路载波信号。
S420、电光调制器220将待调制微波信号通过所述调制信号进行抑制载波单边带调制，得到单边带信号。
S430、第二耦合器230将S420得到的单边带信号分成两路信号，第一路信号送入第一光波导法珀腔2401，第二路信号送入第二光波导法珀腔2402。
S440、控制处理电路320通过控制第一电压控制信号以实现对第一电光波导法珀腔2401中第一滤波函数的移动，第一电光波导法珀腔2401通过第一滤波函数对第一路信号进行可调谐滤波处理；控制处理电路320通过控制第二电压控制信号以实现对第二电光波导法珀腔2402中第二滤波函数的移动，第二电光波导法珀腔2402通过第二滤波函数对第二路信号进行可调谐滤波处理。
S450、第三耦合器330将两路可调谐滤波处理后的信号耦合后，放大器340对耦合后的信号进行放大处理。
S460、第四耦合器350将放大处理后的信号与S410中所述载波信号的单边带信号进行耦合。
S470、探测器360探测所述放大处理后的信号与所述载波信号的单边带信号的差频信号，将所述放大处理后的信号的单边带信号下转换到微波信号，所述微波信号为重构信号。
S480、控制处理电路320对所述重构信号进行后续处理。
举例对本发明实施例进行说明如下：
单色激光器310发出频率为fc的光信号，经过第一耦合器210后输出的两路光信号的表达式相同，为E＝Acos(2πfct)，电光调制器220将其中一路光信号与待调制微波信号进行抑制载波单边带调制后得到上边带光信号为E＝ABcos[2π(fc+fs)t](以上边带为例)，若得到下边带光信号则为E＝ABcos[2π(fc-fs)t]，式中A和B表示振幅，fs为微波信号的频率，从式中可以看出，调制后的单边带光信号产生了频移且振幅发生了变化。经过第二耦合器230后输出的两路光信号分别经过第一光波导法珀腔2401和第二光波导法珀腔2402后输出的光信号的表达式均为E＝AB(C1+C2)cos[2π(fc+fs)t]，即光波导法珀腔组240改变了边带信号的振幅，光波导法珀腔组240输出的两路光信号经第三耦合器330耦合后通过放大器340进行信号放大，放大后的信号与第一耦合器210输出的一路光信号在第四耦合器350耦合后送入探测器360的光信号可以表述为：E＝Acos(2πfct)+AB(C1+C2)cos[2π(fc+fs)t]，经过探测器360后的输出电流为i＝αA2B(C1+C2)cos(2πfst)，α代表探测器360的响应度，最终探测器360输出的电信号的频率为fs，振幅为αA2B(C1+C2)，通过调谐光波导法珀腔组240可以通过控制处理电路320改变C1+C2，从而改变光信号的大小，实现了可调谐滤波，作为可选的，控制处理电路320可以对探测器160输出的电信号进行进一步后续处理。
如图5所示，所述的微波信号的频率测量装置中所述光波导法珀腔组240中每一个光波导法珀腔(即第一光波导法珀腔2401或第二光波导法珀腔2402)的结构可以包括：腔体外部设置的用于将光信号输入波导530的输入光纤510和用于将光信号输出波导530的输出光纤520，腔体内部设置的用于限制光信号传播方向的波导530、用于给波导施加电场以改变波导530折射率的下电极540、用于接地的上电极550以及腔体基底材料铌酸锂560，所述波导530横向贯穿于腔体内部，所述腔体的左腔壁和右腔壁均设置有用于使光信号在波导内来回反射以构成法珀腔的高反膜570，所述输入光纤510与波导530之间的耦合区域以及输出光纤520与波导530之间的耦合区域均采用固化剂580固定。
本具体实施方式提供了一种微波信号的滤波方法及装置利用两个并联的电光波导法珀腔实现滤波函数的调谐滤波和重构，系统的滤波函数是两个电光波导法珀腔的滤波函数的叠加，通过对两个电光波导法珀腔电压的分别控制，可以实现两个电光波导法珀腔滤波函数的相对移动，从而实现系统滤波函数的调谐和重构。由于电光效应的快速响应特性，滤波函数的调谐速度可以达到ns量级。同时大大提高了可调谐可重构系统的调谐速度，本发明所述的装置结构简单，无需强度激光、长光纤链路或高频微波源等额外设备，可以实现小体积集成。另外，电光波导法珀腔所需的工作电压小于10V，故能耗低。
本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于电光法珀腔的快速可调谐可重构微波光子滤波器，其特征在于，包括：
第一耦合器，用于将调制载波信号分成一路调制信号和一路载波信号；
电光调制器，用于将待调制微波信号通过所述调制信号进行抑制载波单边带调制，得到单边带信号；
第二耦合器，用于将所述单边带信号分成两路信号；
光波导法珀腔组，用于将所述单边带信号分成的两路信号分别进行可调谐滤波处理；
重构单元，用于将两路可调谐滤波处理后的信号进行耦合后与所述载波信号耦合获得重构信号。
2.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，还包括：
单色激光器，用于产生所述调制载波信号。
3.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，所述光波导法珀腔组包括第一光波导法珀腔和第二光波导法珀腔，所述第一光波导法珀腔和第二光波导法珀腔并联设置；
第一光波导法珀腔，用于将第一路信号通过第一电压控制信号控制第一滤波函数移动进行可调谐滤波处理；
第二光波导法珀腔，用于将第二路信号通过第二电压控制信号控制第二滤波函数移动进行可调谐滤波处理。
4.根据权利要求3所述的滤波装置，其特征在于，还包括：
控制处理电路，用于控制所述第一滤波函数和第二滤波函数的中心位置的移动；
所述第一光波导法珀腔和第二光波导法珀腔通过所述第一滤波函数和第二滤波函数的中心位置的移动进行可调谐滤波处理。
5.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，所述重构单元包括：
第三耦合器，用于将两路可调谐滤波处理后的信号耦合；
放大器，用于将第三耦合器输出的耦合信号进行放大处理；
第四耦合器，用于将放大处理后的信号与所述载波信号的单边带信号进行耦合；
探测器，用于探测所述放大处理后的信号与所述载波信号的单边带信号的差频信号，将所述放大处理后的信号的单边带信号下转换到微波信号，所述微波信号为重构信号。
6.根据权利要求1-5任一项所述的滤波装置，其特征在于，所述光波导法珀腔组中任一电光波导法珀腔的结构包括：腔体外部设置的用于将光信号输入波导的输入光纤和用于将光信号输出波导的输出光纤，腔体内部设置的用于限制光信号传播方向的波导、用于给波导施加电场以改变波导折射率的下电极、用于接地的上电极以及腔体基底材料铌酸锂，所述波导横向贯穿于腔体内部，所述腔体的左腔壁和右腔壁均设置有用于使光信号在波导内来回反射以构成法珀腔的高反膜，所述输入光纤与波导之间的耦合区域以及输出光纤与波导之间的耦合区域均采用固化剂固定。
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