CN106154685A - 基于四波混频的连续可调谐带通微波光子滤波器 - Google Patents

基于四波混频的连续可调谐带通微波光子滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于四波混频的连续可调谐带通微波光子滤波器，其中利用四波混频效应产生多波长激光作为微波光子滤波器的光源，实现多抽头。本发明的微波光子滤波器其输出射频信号的通带中心频率具有连续可调特性，通过改变激光器的波长间隔进而改变四波混频效应产生多波长输出的波长间隔，最终使滤波器的通带中心频率可调谐。本发明的微波光子滤波器具有结构简单，操作技术成熟，成本较低的优点，解决了现有微波光子滤波器调谐范围小、不能连续可调的问题，适用于国防、工业生产以及民用领域。

Description

基于四波混频的连续可调谐带通微波光子滤波器
技术领域
本发明属于微波光子滤波技术领域，特别是涉及改变光源的波长间隔实现通带中心频率可调谐的微波光子滤波器。
背景技术
微波光子滤波器是微波光子学的一个重要分支，它将输入的射频(RF)信号通过调制器调制到光信号上，在光域对RF信号进行处理，最后通过光接收器输出滤波后的微波信号。采用这种方法具有低损耗、高带宽、不受电磁干扰、重量轻和支持高采样频率的优势，这些显著优势使微波光子滤波系统成为宽带射频信号处理中的热点技术而倍受国际关注。近年来研究学者对其进行深入研究，已获得许多实验成果，诸如：可调谐微波光子滤波器、可重构微波光子滤波器、负、复系数微波光子滤波器等。而基于四波混频(FWM)产生的多波长信号光具有优异的调谐特性，在超短脉冲、光纤传感、光纤激光器及滤波器等领域有重要的应用，将其引入微波光子滤波器的多波长光源中，必将极大的改善其系统特性。
可调谐微波光子滤波器与传统微波滤波器相比，具有灵活度高，动态响应范围大，成本低等优点。
微波光子滤波器的可调谐性至关重要，也是此领域中的研究热点，但是存在调谐范围小、不能连续可调的问题。常见的方法是使用可调谐延迟线(VDL)、使用可调谐的调制器等器件，但是此法一般都要配上成本较高的可调谐光源，应用起来还有一定困难。
发明内容
本发明的目的是解决现有微波光子滤波器存在的可调谐范围小及不能连续可调的问题，提供了一种结构简单且制作技术成熟的可调谐微波光子滤波器，该滤波器基于四波混频效应光源，通过改变激光器的波长间隔进而改变四波混频效应产生多波长输出的波长间隔，最终使滤波器的通带中心频率可调谐。
该发明的技术方案为：
一种基于四波混频的连续可调谐带通微波光子滤波器，其特征在于该滤波器包括：多波长光源、耦合器、偏振控制器、光谱分析仪、相位调制器、模拟信号发生器、5km长的单模光纤、光电探测器、频谱分析仪；其中多波长光源由两台可调谐激光器、一个50:50耦合器、一台掺饵光纤放大器、2km长的高非线性光纤和光滤波器组成；
所述滤波器结构的连接关系：基于四波混频产生的多波长光源发出多波长激光信号经由一个1×2的1:99耦合器的a端口输入，一部分信号光通过c端口输出到光谱仪上进行观察测，另一部分信号光通过耦合器的c端口输入到偏振控制器调整偏振态，再输入相位调制器上，与此同时，由模拟信号发生器输出的RF信号通过相位调制器调制到信号光上，接着从相位调制器输出的信号光经由5km的单模光纤传输到光电探测器上，最后信号从光电探测器输出到频谱分析仪。
进一步的，所述多波长光源输出多波长光载波作为滤波器的光源；其中两台可调谐激光器分别产生波长为1549nm、1550nm的单波长激光信号并输入到2km长的高非线性光纤中，利用高非线性光纤的非线性系数产生四波混频效应，形成多波长光信号输出，中间引入掺饵光纤放大器用于提高可调谐激光器输出功率增加多波长数目，光滤波器可以滤除载波以外信号噪声，并且重构抽头权重。
进一步的，通过调整光载波的偏振态能获得最佳的调谐特性且具有较好的主旁瓣抑制比。
进一步的，通过改变两台可调谐激光器的波长间隔，进而影响四波混频的梳状谱形状导致输出光谱的波长间隔改变，最终改变滤波器通带中心频率的位置，实现可调谐；经耦合器输出的信号光经偏振控制器调整偏振态，再输入相位调制器被模拟信号发生器发出的射频信号调制后送入到5km长的单模光纤中发生延迟，经光电探测器拍频后传输到频谱分析仪上观察现象。
进一步的，根据对可调谐激光器的输出波长位置进行调节，波长间隔由Δλ1连续变化到Δλ2，而微波光子滤波器的自由频谱范围为其中T是由单模光纤的色散引入的延迟，其与自由频谱范围成倒数关系，D是单模光纤的色散系数，L是单模光纤的长度，Δλ是输入信号光的波长间隔，其中，输入信号光波长间隔Δλ的变化会导致FSR的变化，进而实现滤波器通带中心频率连续可调谐。
本发明的优点和有益效果：
本发明提出了一种基于四波混频的连续可调谐带通波微波光子滤波器，结构简单且制作技术成熟，起到调谐作用的关键部位只需要对可调谐激光器(Tunable Laser1，Tunable Laser 2)的输出波长位置进行调节即可。本发明以此为切入点来实现滤波器通带中心频率的连续可调谐。该发明的微波光子滤波器，成本合适，操作技术成熟，灵活度高，动态响应范围大，因而具有一定的应用价值。
附图说明
图1为本发明的基于四波混频的连续可调谐带通波微波光子滤波器的结构示意图。
图2为本发明的微波光子滤波器输出射频信号的频谱。
图中：(1)多波长光源(Multi-wavelength Light Source)、(2)1:99耦合器、(3)偏振控制器、(4)光谱分析仪(OSA)、(5)相位调制器(PM)、(6)模拟信号发生器、(7)5km长的单模光纤(SMF)、(8)光电探测器(PD)、(9)频谱分析仪、(10)可调谐激光器(Tunable Laser1)、(11)可调谐激光器Tunable Laser 2)、(12)耦合器(Coupler1)、(13)掺饵光纤放大器(EDFA)、(14)高非线性光纤(HNLF)和(15)光滤波器。
具体实施方式
实施例：
一种基于四波混频的连续可调谐带通波微波光子滤波器，如图1所示，由一个多波长光源1、耦合器(Coupler2)2、偏振控制器(PC)3、光谱分析仪(OSA)4、相位调制器(PM)5、模拟信号发生器6、5km长的单模光纤(SMF)7、光电探测器(PD)8、频谱分析仪9；其中多波长光源1由两台可调谐激光器(Tunable Laser1，Tunable Laser 2)10、11、一个50:50耦合器(Coupler1)12、一台掺饵光纤放大器(EDFA)13、2km长的高非线性光纤(HNLF)14和光滤波器(Optical Filter)15组成。基于四波混频产生的多波长光源1发出多波长激光信号经由一个1×2的1:99耦合器2的a端口输入，一部分信号光通过c端口输出到光谱仪4上进行观察测，另一部分信号光通过耦合器2的c端口输入到偏振控制器3调整偏振态，再输入到相位调制器5上，与此同时，由模拟信号发生器6输出的RF信号通过相位调制器5调制到信号光上，接着从相位调制器5输出的信号光经由5km的单模光纤7传输到光电探测器8上，最后信号从光电探测器8输出到频谱分析仪9，观察滤波器通带中心频率的变化。
所述多波长光源1输出多波长光载波作为滤波器的光源；其中两台可调谐激光器(Tunable Laser1，Tunable Laser 2)10、11分别产生波长为1549nm、1550nm的单波长激光信号并输入到2km长的高非线性光纤(HNLF)14中，利用高非线性光纤14的非线性系数产生四波混频效应，形成多波长光信号输出，中间引入掺饵光纤放大器(EDFA)13用于提高可调谐激光器输出功率增加多波长数目，光滤波器(Optical Filter)15可以滤除载波以外信号噪声，并且重构抽头权重。所述的多波长光源1输出6个波长，作为光源，单模光纤7的长度选取为5km，作为色散延迟器件。
本发明提出的这种可调谐微波光子滤波器，通过改变两台可调谐激光器(TunableLaser1，Tunable Laser 2)的波长间隔。进而影响四波混频的梳状谱形状导致输出光谱的波长间隔改变，最终改变滤波器通带中心频率的位置，实现可调谐，经耦合器(Coupler2)2输出的信号光经偏振控制器3调整偏振态，再输入相位调制器5被模拟信号发生器6发出的射频信号调制后送入到5km长的单模光纤7中发生延迟，经光电探测器8拍频后传输到频谱分析仪9上观察现象。根据对可调谐激光器(Tunable Laser1，Tunable Laser 2)10、11的输出波长位置进行调节，波长间隔由Δλ1连续变化到Δλ2，而微波光子滤波器的自由频谱范围为其中T是由单模光纤7的色散引入的延迟，其与自由频谱范围成倒数关系，D是单模光纤7的色散系数，L是单模光纤7的长度，Δλ是输入信号光的波长间隔，其中，输入信号光波长间隔Δλ的变化会导致FSR的变化，实现了滤波器通带中心频率的连续可调谐，且提高了调谐灵敏度。
由附图2可知，当通过控制两台激光器的输出波长使基于四波混频效应产生的多波长光源的波长间隔在1.6nm～0.36nm之间连续变化时，实现了微波光子滤波器的通带中心频率在6.98GHz～31.03GHz范围内的连续调谐。
本发明滤波器具有体积小，结构简单，制作技术成熟，成本合适等优点，可应用于国防、工业生产以及民用滤波领域。
应当明确的是，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，按本发明构思所做出的显而易见的改进和修饰都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于四波混频的连续可调谐带通微波光子滤波器，其特征在于该滤波器包括：多波长光源(1)、耦合器(2)、偏振控制器(3)、光谱分析仪(4)、相位调制器(5)、模拟信号发生器(6)、5km长的单模光纤(7)、光电探测器(8)、频谱分析仪(9)；其中多波长光源(1)由两台可调谐激光器(10、11)、一个50:50耦合器(12)、一台掺饵光纤放大器(13)、2km长的高非线性光纤(14)和光滤波器(15)组成；
所述滤波器结构的连接关系：基于四波混频产生的多波长光源(1)发出多波长激光信号经由一个1×2的1:99耦合器(2)的a端口输入，一部分信号光通过c端口输出到光谱仪(4)上进行观察测，另一部分信号光通过耦合器(2)的c端口输入到偏振控制器(3)调整偏振态，再输入相位调制器(5)上，与此同时，由模拟信号发生器(6)输出的RF信号通过相位调制器(5)调制到信号光上，接着从相位调制器(5)输出的信号光经由5km的单模光纤(7)传输到光电探测器(8)上，最后信号从光电探测器(8)输出到频谱分析仪(9)。
2.根据权利要求1所述的微波光子滤波器，其特征在于：所述多波长光源(1)输出多波长光载波作为滤波器的光源；其中两台可调谐激光器(10、11)分别产生波长为1549nm、1550nm的单波长激光信号并输入到2km长的高非线性光纤(14)中，利用高非线性光纤(14)的非线性系数产生四波混频效应，形成多波长光信号输出，中间引入掺饵光纤放大器(13)用于提高可调谐激光器输出功率增加多波长数目，光滤波器(15)可以滤除载波以外信号噪声，并且重构抽头权重。
3.根据权利要求2所述的微波光子滤波器，其特征在于：通过调整光载波的偏振态能获得最佳的调谐特性且具有较好的主旁瓣抑制比。
4.根据权利要求1或2所述的微波光子滤波器，其特征在于：通过改变两台可调谐激光器(10、11)的波长间隔，进而影响四波混频的梳状谱形状导致输出光谱的波长间隔改变，最终改变滤波器通带中心频率的位置，实现可调谐；经耦合器(2)输出的信号光经偏振控制器(3)调整偏振态，再输入相位调制器(5)被模拟信号发生器(6)发出的射频信号调制后送入到5km长的单模光纤(7)中发生延迟，经光电探测器(8)拍频后传输到频谱分析仪(9)上观察现象。
5.根据权利要求1或2所述的微波光子滤波器，其特征在于：根据对可调谐激光器(10)的输出波长位置进行调节，波长间隔由Δλ1连续变化到Δλ2，而微波光子滤波器的自由频谱范围为其中T是由单模光纤(7)的色散引入的延迟，其与自由频谱范围成倒数关系，D是单模光纤(7)的色散系数，L是单模光纤(7)的长度，Δλ是输入信号光的波长间隔，其中，输入信号光波长间隔Δλ的变化会导致FSR的变化，进而实现滤波器通带中心频率连续可调谐。
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