CN106226923A - 基于mz干涉仪与掺铒光纤光栅环级联的平坦微波光子滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MZ干涉仪与掺铒光纤光栅环级联的平坦微波光子滤波器，主要由MZ干涉仪为延迟单元的FIR滤波器和以掺铒光纤光栅环为延迟单元的IIR滤波器相级联实现平坦性。有限冲激响应(FIR)滤波器的延迟单元与无限冲激响应(IIR)滤波器的延迟单元相级联，通过改变耦合器的耦合系数，光纤光栅的反射率和掺铒光纤的增益系数，使它们的波峰与波谷相互对应，实现通带和阻带互调的平坦微波光子滤波器。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平坦带通带阻互调的问题，适用于国防、工业生产以及民用领域。

Description

基于MZ干涉仪与掺铒光纤光栅环级联的平坦微波光子滤波器
技术领域
本发明属于微波光子滤波技术领域，特别是涉及平坦带通带阻互调的微波光子滤波器。
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。
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
本发明的目的是解决现有微波光子滤波器不能实现平坦带通带阻互调的问题。将MZ干涉仪为延迟单元的FIR滤波器和以掺铒光纤光栅环为延迟单元的IIR滤波器相级联，通过改变耦合器的耦合系数，光纤光栅的反射率和掺铒光纤的增益系数，使它们的波峰与波谷相互对应，实现通带和阻带互调的平坦微波光子滤波器。
该发明的技术方案为：
一种基于MZ干涉仪与掺铒光纤光栅环级联的平坦微波光子滤波器，其特征在于该滤波器包括：可调谐激光器、相位调制器、由两个3dB耦合器和单模光纤组成的MZ干涉仪、由泵浦光源，波分复用器，掺铒光纤，布拉格光栅和3dB耦合器组成的掺铒光纤光栅环、光电探测器、矢量网络分析仪；
所述滤波器结构的连接关系：可调谐激光器输出的射频信号通过相位调制器与矢量网络分析仪输出的射频信号发生调制，经过MZ干涉仪，由3dB耦合器的端口2进入掺铒光纤光栅环中，这里由端口1输入的光信号有一部分直接经3dB耦合器的端口4输出，进入光电探测器形成一个抽头，剩余部分的光信号由3dB耦合器的3端口进入掺铒光纤光栅环中，首先有一部分的光信号被布拉格光栅反射回来，从3dB耦合器的端口2进入，经过掺铒光纤放大后被布拉格光栅反射回来，再次经过掺铒光纤放大后进入耦合器中经端口4输出，另一部分信号光再次进入回路重复之前的操作，最后这些被延时的抽头到达光电探测器进行光电转换，光电探测器输出的电信号进入矢量网络分析仪进行分析。
进一步的，掺铒光纤光栅环中泵浦光源为980nm，波分复用器为980nm/1550nm。
进一步的，所述的单模光纤的长度为0.3m。
进一步的，所述的掺铒光纤的长度为4m，掺铒光纤光栅环的长度为0.3m。
进一步的，通过以MZ干涉仪为延迟单元的FIR滤波器和以掺铒光纤光栅环为延迟单元的IIR滤波器相级联实现平坦效果，当固定FIR滤波器中MZ干涉仪的耦合系数为0.5时，可以实现深度约为37dB的带通响应，然后调节IIR滤波器的参数，使其满足(1-r)·g·R＝1.2，对FIR滤波器的波峰进行补偿，实现平坦带通滤波器响应；当固定IIR滤波器的极点为1，即(1-r)·g·R＝1，通过调节FIR滤波器的参数，对IIR滤波器的波谷进行补偿，进而实现平坦带阻滤波器响应，实现滤波器平坦带通带阻互调。
本发明的优点和有益效果：
本发明提出了一种平坦带通带阻互调的微波光子滤波器，结构简单且制作技术成熟，通过改变耦合器的耦合系数，光纤光栅的反射率和掺铒光纤的增益系数，使它们的波峰与波谷相互对应，实现通带和阻带互调的平坦微波光子滤波器。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为该微波光子滤波器结构图
图中：1.可调谐激光器，2.相位调制器，3.3dB耦合器，4.单模光纤，5.3dB耦合器，6.MZ干涉仪，7.泵浦光源，8.波分复用器，9.掺铒光纤，10.布拉格光栅，11.3dB耦合器，12.掺铒光纤光栅环，13.光电探测器，14.矢量网络分析仪。
具体实施方式
实施例：
参见附图1，本发明由可调谐激光器1、相位调制器2、由两个3dB耦合器3、5和单模光纤4组成的MZ干涉仪6、由泵浦光源7，波分复用器8，掺铒光纤9，布拉格光栅10和3dB耦合器11组成的掺铒光纤光栅环12、光电探测器13、矢量网络分析仪14构成。可调谐激光器1输出的射频信号通过相位调制器2与矢量网络分析仪14输出的射频信号发生调制，经过MZ干涉仪6，由3dB耦合器11的端口2进入掺铒光纤光栅环12中。这里由端口1输入的光信号有一部分直接经3dB耦合器11的端口4输出，进入光电探测器13形成一个抽头，剩余部分的光信号由3dB耦合器11的端口3进入掺铒光纤光栅环12中，首先有一部分的光信号被布拉格光栅10反射回来，从3dB耦合器11的端口2进入，经过掺铒光纤9放大后被布拉格光栅(FBG)10反射回来，再次经过掺铒光纤9放大后进入耦合器11中经端口4输出，另一部分信号光再次进入回路重复之前的操作，最后这些被延时的抽头到达光电探测器13进行光电转换，光电探测器13输出的电信号进入矢量网络分析仪14进行分析。
MZ干涉仪6包括两个3dB耦合器3、5和单模光纤4；掺铒光纤光栅环12包括980nm泵浦光源7，980nm/1550nm的波分复用器8，掺铒光纤9，布拉格光栅10和3dB耦合器11。
单模光纤4的长度为0.3m。掺铒光纤9的长度为4m，掺铒光纤光栅环12的长度为0.3m。
通过以MZ干涉仪6为延迟单元的FIR滤波器和以掺铒光纤光栅环12为延迟单元的IIR滤波器相级联实现平坦效果。当固定FIR滤波器中MZ干涉仪6的耦合系数为0.5时，可以实现深度约为37dB的带通响应，然后调节IIR滤波器的参数，使其满足(1-r)·g·R＝1.2，对FIR滤波器的波峰进行补偿，实现平坦带通滤波器响应。当固定IIR滤波器的极点为1，即(1-r)·g·R＝1，通过调节FIR滤波器的参数，对IIR滤波器的波谷进行补偿，进而实现平坦带阻滤波器响应。所以此方案可实现滤波器平坦带通带阻互调。
本发明提出的微波光子滤波器主要包括两部分结构，MZ干涉仪和掺铒光纤光栅环。通过改变耦合器的耦合系数，光纤光栅的反射率和掺铒光纤的增益系数，使它们的波峰与波谷相互对应，从而实现通带和阻带互调的平坦微波光子滤波器。本发明结构简单，操作灵活，成本较低，适用于通信、雷达、工业生产等领域。
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MZ干涉仪与掺铒光纤光栅环级联的平坦微波光子滤波器，其特征在于该滤波器包括：可调谐激光器(1)、相位调制器(2)、由两个3dB耦合器(3)(5)和单模光纤(4)组成的MZ干涉仪(6)、由泵浦光源(7)，波分复用器(8)，掺铒光纤(9)，布拉格光栅(10)和3dB耦合器(11)组成的掺铒光纤光栅环(12)、光电探测器(13)、矢量网络分析仪(14)；
所述滤波器结构的连接关系：可调谐激光器(1)输出的射频信号通过相位调制器(2)与矢量网络分析仪(14)输出的射频信号发生调制，经过MZ干涉仪(6)，由3dB耦合器(11)的端口2进入掺铒光纤光栅环(12)中，这里由端口1输入的光信号有一部分直接经3dB耦合器(11)的端口4输出，进入光电探测器(13)形成一个抽头，剩余部分的光信号由3dB耦合器(11)的3端口进入掺铒光纤光栅环(12)中，首先有一部分的光信号被布拉格光栅(10)反射回来，从3dB耦合器(11)的端口2进入，经过掺铒光纤(9)放大后被布拉格光栅(10)反射回来，再次经过掺铒光纤(9)放大后进入耦合器(11)中经端口4输出，另一部分信号光再次进入回路重复之前的操作，最后这些被延时的抽头到达光电探测器(13)进行光电转换，光电探测器(20)输出的电信号进入矢量网络分析仪(14)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：所述的掺铒光纤光栅环中泵浦光源为980nm，波分复用器为980nm/1550nm。
3.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(4)的长度为0.3m。
4.根据权利要求1所述的微波光子滤波器，其特征在于：所述的掺铒光纤(9)的长度为4m，掺铒光纤光栅环(12)的长度为0.3m。
5.根据权利要求1、2或3所述的微波光子滤波器，其特征在于：通过以MZ干涉仪(6)为延迟单元的FIR滤波器和以掺铒光纤光栅环(12)为延迟单元的IIR滤波器相级联实现平坦效果，当固定FIR滤波器中MZ干涉仪(6)的耦合系数为0.5时，可以实现深度约为37dB的带通响应，然后调节IIR滤波器的参数，使其满足(1-r)-g-R＝1.2，对FIR滤波器的波峰进行补偿，实现平坦带通滤波器响应；当固定IIR滤波器的极点为1，即(1-r)-g-R＝1，通过调节FIR滤波器的参数，对IIR滤波器的波谷进行补偿，进而实现平坦带阻滤波器响应，实现滤波器平坦带通带阻互调。
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