CN106941238B - 超窄带线性可调谐滤波方法、滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超窄带线性可调谐滤波方法、滤波器，超窄带线性可调谐滤波器包括窄带可调谐激光器、受激布里渊增益谱锐化组件、单模光纤链路和光学耦合传输组件；所述窄带可调谐激光器产生第一泵浦信号，并发送至受激布里渊增益谱锐化组件，受激布里渊增益谱锐化组件根据所述第一泵浦信号，利用本征受激布里渊增益谱叠加一对衰减谱，输出携带有超窄带可调谐滤波通带的第二泵浦信号；待滤波信号经光学耦合传输组件与所述第二泵浦信号在单模光纤链路中发生受激布里渊效应，产生受激布里渊放大谱信号，即滤波信号。

Description

超窄带线性可调谐滤波方法、滤波器

技术领域

本发明属于了调谐滤波器领域，具体涉及一种基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波器以及滤波方法。

背景技术

随着技术的发展，窄带可调谐滤波器变得越来越重要，广泛应用于诸如密集波分复用系统的通道选择、单边带调制系统和射频光电链路中的光学载波操纵、相干光波传输系统、可调谐接收机、ASE光谱的选频、光谱分析等应用场合。在这些应用场合中，要求调谐滤波器具备低插入损耗、通带和阻带间的过渡带尖锐、高旁瓣抑制能力、宽可调谐范围等特性。

目前常用的可调谐滤波器包括基于光纤布拉格光栅原理的滤波器、基于法-波罗标准具的滤波器、马赫-曾德干涉仪和平面光学波导回路的环形谐振腔、声光调谐滤波器等，他们都属于被动可调谐滤波器，通常其带宽和光谱传输形状固定。在很多应用场合往往需要滤波器的传输波长、通带宽度、光谱传输形状等能够根据需要进行调制。显然，目前常用的被动可调谐滤波器不能很好的满足应用，限制了技术的发展和进步。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种主动可调谐的基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波器和滤波方法，通过在受激布里渊增益谱的两侧对称叠加一对受激布里渊衰减谱，有效突破了受激布里渊增益谱本征线宽对于可调谐滤波应用时的固定通带宽度限制。

本发明采用下面的技术方案：

一种基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波器，包括窄带可调谐激光器、受激布里渊增益谱锐化组件、单模光纤链路和光学耦合传输组件；

所述窄带可调谐激光器产生第一泵浦信号，并发送至受激布里渊增益谱锐化组件，受激布里渊增益谱锐化组件根据所述第一泵浦信号，利用本征受激布里渊增益谱叠加一对衰减谱，输出携带有超窄带可调谐滤波通带的第二泵浦信号；待滤波信号经光学耦合传输组件与所述第二泵浦信号在单模光纤链路中发生受激布里渊效应，产生受激布里渊放大谱信号，即滤波信号。

进一步的，所述受激布里渊增益谱锐化组件具有分束器，用于将所述第一泵浦信号分为增益泵浦信号和衰减泵浦信号，并分别传输至第一光纤放大器和马赫-曾德调制器；马赫-曾德调制器对所述衰减泵浦信号进行频率调制，产生以受激布里渊增益谱峰值频率为中心对称分布的衰减泵浦信号对，第一光纤放大器和第二光纤放大器分别对所述增益泵浦信号和所述衰减泵浦信号对进行放大处理，并分别传输至第一偏振控制器和第二偏振控制器，第一偏振控制器和第二偏振控制器分别对所述增益泵浦信号和衰减泵浦信号对进行偏振控制，并传输至耦合器，耦合器输出所述第二泵浦信号。

进一步的，所述光学耦合传输组件包括依次连接的光隔离器和第三偏振控制器，待滤波信号从光隔离器端输入，经第三偏振控制器传输至单模光纤链路；光隔离器用于隔绝外部干扰，第三偏振控制器控制待滤波信号的偏振状态。

进一步的，在所述单模光纤链路与受激布里渊增益谱锐化组件之间设有光学环路器，所述光学环路器一方面用于将第二泵浦信号发送至单模光纤链路，另一方面用于接收发生受激布里渊效应后生成的受激布里渊放大谱信号，即滤波信号。

进一步的，本发明还包括与所述光学环路器输出相连的第四偏振控制器，用于提取有效的受激布里渊放大谱信号并将其输出。

进一步的，本发明还包括与所述第四偏振控制器相连的波长标定模块，其具有基于法布里-珀罗标准具的相对定标器和基于气体池的绝对定标器，用于对获取的滤波信号进行波长标定。

进一步的，所述窄带可调谐激光器采用外腔式可调谐激光器。

进一步的，所述单模光纤链路采用双折射单模光纤。

进一步的，本发明还包括控制系统，与所述窄带可调谐激光器相连，用于推扫改变第一泵浦信号波长，实现对待滤波信号的可调谐滤波；控制系统还与受激布里渊增益谱锐化组件、单模光纤链路、光学耦合传输组件相连，提供控制、时序与逻辑信号。

本发明还提供了一种技术方案：

一种基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波方法，采用窄带可调谐激光器产生第一泵浦信号，在所述第一泵浦信号的基础上，利用本征受激布里渊增益谱叠加一对衰减谱，产生携带有可调谐超窄带滤波通带的第二泵浦信号，待滤波信号与第二泵浦信号发生受激布里渊效应，产生受激布里渊放大谱信号，即滤波信号；通过推扫改变第一泵浦信号波长，实现对待滤波信号的可调谐滤波。

进一步的，本发明还包括基于相对定标和绝对定标，对所述滤波信号进行标定处理。

进一步的，本发明在所述第一泵浦信号的基础上，将第一泵浦信号分为增益泵浦信号和衰减泵浦信号，对所述衰减泵浦信号进行马赫-曾德调制，得到以受激布里渊增益谱峰值频率为中心对称分布的衰减泵浦信号对，所述增益泵浦信号与衰减泵浦信号对耦合得到第二泵浦信号。

进一步的，对所述增益泵浦信号与衰减泵浦信号对分别进行放大与偏振控制，用于使第二信号和待滤波信号偏振态匹配，提高受激布里渊效应的总效益。

本发明的有益效果：

1、本发明提出了滤波通带宽度调谐技术，通过在受激布里渊增益谱的两侧对称叠加一对受激布里渊衰减谱，有效突破了受激布里渊增益谱本征线宽对于可调谐滤波应用时的固定通带宽度限制，可实现滤波通带宽度在数十几MHz到约4MHz之间调谐。

2、本发明提出了基于偏振特性的光学抑制比增强技术，使用偏振控制器以使泵浦信号和待滤波信号偏振态匹配，以使受激布里渊效应的效率最高；根据受激布里渊效应放大谱的偏振跟随特性以及未放大待滤波信号、自发布里渊效应信号、泵浦信号散射等杂散信号的偏振随机性，利用偏振控制器提取有效的受激布里渊效应放大谱，同时抑制背景噪声干扰；并使用光纤放大器放大泵浦信号的功率，提高受激布里渊效应的总效益；以及采用幅度调制器和锁相放大的同步探测体制，实现了光学抑制比的增强，可实现优于50dB的测量动态范围。

3、本发明提出的基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波技术具有超窄带宽、滤波波长线性可调谐、滤波通带的宽度和形状均可调谐、内在滤波信号放大、宽动态范围、高信噪比等优点。

4、本发明提出的基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波器，可用于诸如密集波分复用技术等新一代光纤通信网络及可调谐接收机、ASE光谱的选频、光谱分析和对信号光的解复用等可调谐滤波场合，具有超窄带宽、宽动态范围、耦合效率高、成本低廉、体积小、重量轻、功耗低、成本低、结构紧凑、可方便集成到相关系统、精度好、可靠性高等优点。

5、本发明提出的基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波器，可方便的通过更换窄带可调谐激光器实现对不同波段光学信号的可调谐滤波。

附图说明

图1为本发明一种基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波器的硬件原理图。

其中，1-窄带可调谐激光器；2-控制系统；3-受激布里渊增益谱锐化组件；301-分束器；302-第一掺铒光纤放大器；303-马赫-曾德调制器；304-第二掺铒光纤放大器；305-第一偏振控制器；306-第二偏振控制器；307-耦合器；4-光学环路器；5-单模光纤链路；6-第三偏振控制器；7-光隔离器；8-第四偏振控制器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示的基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波器，包括窄带可调谐激光器1、控制系统2、受激布里渊增益谱锐化组件3、偏振控制器、光学环路器4、单模光纤链路5、光隔离器7。

1、产生泵浦信号的窄带可调谐激光器，需要考虑以下因素：

（1）窄带可调谐激光器输出激光必须具备触发所选介质中发生受激布里渊散射现象的足够高的能量密度，并能提供更高的泵浦信号功率，以提高受激布里渊效应放大信号的功率，改善可调谐滤波应用时的信噪比；

（2）窄带可调谐激光器输出激光线宽应远小于受激布里渊增益谱线宽，以使所得可调谐滤波分辨率尽可能由受激布里渊效应决定；

（3）窄带可调谐激光器输出激光的中心波长是可调谐的，且波长调谐步进波长应小于可调谐滤波应用时的滤波分辨率；

（4）窄带可调谐激光器的可调谐特性，直接决定了可调谐滤波系统的光谱范围、精度、重复性及相应的技术特性。通常采用外腔式可调谐激光器，其线宽远小于受激布里渊增益线宽，并且能以很高的精度实现大约100nm的波长调谐范围。为提高可调谐滤波器的测量精度，可考虑对所用窄带可调谐激光器进行稳频处理。

2、用于发生受激布里渊效应的介质光纤需要考虑的因素如下：

（1）用于做介质光纤必须是在测量波长范围内为单模光纤，以保证相互作用泵浦信号和待滤波信号的空间相干性；

（2）用作介质光纤在测量波长范围内应具备弱双折射特性，以有效降低偏振模色散效应，保证较高的受激布里渊效应的效率；

（3）受激布里渊效应的效率与光纤波导结构和光纤芯掺杂有关。即光纤芯面积越小，效率越大。所选光纤损耗应尽可能小。特别是对于C和L波段的可调谐滤波，最好使用纤芯有效面积较小的色散位移光纤、全波光纤及类似光纤；

（4）所选光纤长度为千米量级，以获得足够大的受激布里渊放大过程。

所述窄带可调谐激光器1，用于产生泵浦信号。

所述受激布里渊增益谱锐化组件3，由分束器301、第一掺铒光纤放大器302、马赫-曾德调制器303、第二掺铒光纤放大器304、第一偏振控制器305、第二偏振控制器306以及耦合器307组成，用于产生滤波通带宽度调谐所需的受激布里渊增益泵浦信号和衰减泵浦信号。

所述光学环路器4，对受激布里渊后向散射光和泵浦信号光在光纤末端解耦合而不引起信号光功率的损失，它能提供比光纤耦合器更高的效率。

所述单模光纤链路5，提供泵浦信号和待滤波信号相互作用产生受激布里渊效应所需的工作介质。

所述光隔离器7，阻止任何可能干扰外部待滤波信号的杂散光。

所述偏振控制器，包括第一偏振控制器305、第二偏振控制器306、第三偏振控制器6和第四偏振控制器8；

所述第一偏振控制器305、第二偏振控制器306和第三偏振控制器6，控制待滤波信号和泵浦信号间的偏振状态，防止因泵浦信号和待滤波信号间偏振态的不一致导致受激布里渊效应的效率降低。

所述第四偏振控制器8，利用偏振跟随特性提取受激布里渊效应产生的相关放大谱信号，即本发明可调谐滤波输出的滤波信号，同时抑制未放大待滤波信号、自发布里渊增益谱和泵浦信号散射光等无关背景信号的干扰。

所述控制系统10负责控制可调谐滤波器的工作，并提供必要的控制、时序与逻辑信号。

波长标定模块由基于法布里-珀罗标准具的相对定标器和基于气体池的绝对定标器构成，负责完成获取滤波数据波长的精确标定。

窄带可调谐激光器1产生泵浦信号并传输至受激布里渊增益谱锐化组件3，受激布里渊增益谱锐化组件3中的分束器301将泵浦信号分为增益泵浦信号和衰减泵浦信号，并分别传输至第一掺铒光纤放大器302和马赫-曾德调制器303；马赫-曾德调制器303对衰减泵浦信号进行频率调制，产生满足要求的以增益谱信号峰值频率为中心对称分布的一对衰减泵浦信号，第一掺铒光纤放大器302和第二掺铒光纤放大器304分别对增益泵浦和一对衰减泵浦信号进行放大处理，并分别传输至第一偏振控制器305和第二偏振控制器306，第一偏振控制器305和第二偏振控制器306分别对增益泵浦和一对衰减泵浦信号进行偏振控制，并传输至耦合器307，经过耦合器307处理的泵浦信号经光学环路器4进入单模光纤链路5的一端；外部待滤波信号经过光隔离器7和第三偏振控制器6进入单模光纤链路5的另一端；泵浦信号和待滤波信号在单模光纤链路5中发生受激布里渊效应，产生受激布里渊后向散射输出信号，即受激布里渊放大谱信号，并传输至光学环路器4，光学环路器4将泵浦信号和受激布里渊放大谱信号分开，并传输至第四偏振控制器8，第四偏振控制器8提取有效的受激布里渊放大谱信号，即本发明可调谐滤波输出的滤波信号，通过控制系统2完成可调谐滤波器的工作控制。

本发明提出的可调谐滤波器的工作流程如下：通过控制外部的窄带可调谐激光输出波长推扫获得待滤波信号的不同波长输出，实现待滤波信号的可调谐滤波。控制系统获取的采样数据对应待滤波信号不同波长分量的幅值，滤波放大增益由泵浦信号、光纤、相互作用信号的偏振特性等因素决定。

本发明提出的可调谐滤波器，综合运用受激布里渊放大信号的偏振跟随特性以剔除干扰、提高泵浦信号功率等增加系统工作的动态范围。

本发明提出的基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波器，使用受激布里渊增益谱宽调谐技术以实现滤波通带宽度的可调谐，使用光学抑制比增强技术以提高系统动态范围，优化系统设计，实现高性能的可调谐滤波，可实现如下性能：

（1）滤波通带宽度可有效突破受激布里渊增益谱本征线宽限制，实现数十MHz到约4MHz的调谐；

（2）本发明给出的超窄带线性可调谐滤波器可实现pm量级的滤波分辨率；

（3）大于50dB的宽动态范围，可通过调整受激布里渊放大链路的总增益水平来调整系统的滤波灵敏度；

（4）本发明的可调谐滤波器的波长可调谐范围约为100nm，受制于所用窄带可调谐激光的输出波长范围。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本发明提出一种基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波方法，包括如下步骤：

采用窄带可调谐激光器产生第一泵浦信号，在所述第一泵浦信号的基础上，利用本征受激布里渊增益谱叠加一对衰减谱，产生携带有可调谐超窄带滤波通带的第二泵浦信号，待滤波信号与第二泵浦信号发生受激布里渊效应，产生受激布里渊放大谱信号，即滤波信号；通过推扫改变第一泵浦信号波长，实现对待滤波信号的可调谐滤波。

本实施例在第一泵浦信号的基础上，将第一泵浦信号分为增益泵浦信号和衰减泵浦信号，对所述衰减泵浦信号进行马赫-曾德调制，得到以受激布里渊增益谱峰值频率为中心对称分布的衰减泵浦信号对，所述增益泵浦信号与衰减泵浦信号对耦合得到第二泵浦信号。

增益泵浦信号与衰减泵浦信号对分别进行放大与偏振控制，用于使第二信号和待滤波信号偏振态匹配，提高受激布里渊效应的总效益。

本实施例还包括基于相对定标和绝对定标，对所述滤波信号进行标定处理。

本发明的有益效果：

本发明提出了滤波通带宽度调谐技术，通过在受激布里渊增益谱的两侧对称叠加一对受激布里渊衰减谱，有效突破了受激布里渊增益谱本征线宽对于可调谐滤波应用时的固定通带宽度限制，可实现滤波通带宽度在数十几MHz到约4MHz之间调谐。

本发明提出了基于偏振特性的光学抑制比增强技术，使用偏振控制器以使泵浦信号和待滤波信号偏振态匹配，以使受激布里渊效应的效率最高；使用光纤放大器放大泵浦信号的功率，提高受激布里渊效应的总效益；以及采用幅度调制器和锁相放大的同步探测体制，实现了光学抑制比的增强，可实现优于50dB的测量动态范围。

本发明提出的基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波方法，可用于诸如密集波分复用技术等新一代光纤通信网络及可调谐接收机、ASE光谱的选频、光谱分析和对信号光的解复用等可调谐滤波场合，具有超窄带宽、宽动态范围、耦合效率高、成本低廉、体积小、重量轻、功耗低、成本低、结构紧凑、可方便集成到相关系统、精度好、可靠性高等优点。

本发明的相关技术可实现针对光通信波段光信号的超窄带线性可调谐滤波，具有极高的滤波分辨率、滤波通带宽度可调谐和较宽的动态范围。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波器，其特征在于：包括窄带可调谐激光器、受激布里渊增益谱锐化组件、单模光纤链路和光学耦合传输组件；

所述窄带可调谐激光器产生第一泵浦信号，并发送至受激布里渊增益谱锐化组件，所述受激布里渊增益谱锐化组件具有分束器，用于将所述第一泵浦信号分为增益泵浦信号和衰减泵浦信号，并分别传输至第一光纤放大器和马赫-曾德调制器；马赫-曾德调制器对所述衰减泵浦信号进行频率调制，产生以受激布里渊增益谱峰值频率为中心对称分布的衰减泵浦信号对，第一光纤放大器和第二光纤放大器分别对所述增益泵浦信号和所述衰减泵浦信号对进行放大处理，并分别传输至第一偏振控制器和第二偏振控制器，第一偏振控制器和第二偏振控制器分别对所述增益泵浦信号和衰减泵浦信号对进行偏振控制，并传输至耦合器，耦合器输出携带有超窄带可调谐滤波通带的第二泵浦信号；待滤波信号经光学耦合传输组件与所述第二泵浦信号在单模光纤链路中发生受激布里渊效应，产生受激布里渊放大谱信号，即滤波信号。

2.根据权利要求1所述的超窄带线性可调谐滤波器，其特征在于：所述光学耦合传输组件包括依次连接的光隔离器和第三偏振控制器，待滤波信号从光隔离器端输入，经第三偏振控制器传输至单模光纤链路；光隔离器用于隔绝外部干扰，第三偏振控制器控制待滤波信号的偏振状态。

3.根据权利要求1所述的超窄带线性可调谐滤波器，其特征在于：在所述单模光纤链路与受激布里渊增益谱锐化组件之间设有光学环路器，所述光学环路器一方面用于将第二泵浦信号发送至单模光纤链路，另一方面用于接收发生受激布里渊效应后生成的受激布里渊放大谱信号，即滤波信号。

4.根据权利要求3所述的超窄带线性可调谐滤波器，其特征在于：还包括与所述光学环路器输出相连的第四偏振控制器，用于提取有效的受激布里渊放大谱信号并将其输出。

5.根据权利要求4所述的超窄带线性可调谐滤波器，其特征在于：还包括与所述第四偏振控制器相连的波长标定模块，其具有基于法布里-珀罗标准具的相对定标器和基于气体池的绝对定标器，用于对获取的滤波信号进行波长标定。

6.根据权利要求1所述的超窄带线性可调谐滤波器，其特征在于：所述窄带可调谐激光器采用外腔式可调谐激光器。

7.根据权利要求1所述的超窄带线性可调谐滤波器，其特征在于：所述单模光纤链路采用双折射单模光纤。

8.一种基于光纤受激布里渊效应的超窄带线性可调谐滤波方法，其特征在于：采用窄带可调谐激光器产生第一泵浦信号，在所述第一泵浦信号的基础上，利用本征受激布里渊增益谱叠加一对衰减谱，产生携带有可调谐超窄带滤波通带的第二泵浦信号，待滤波信号与第二泵浦信号发生受激布里渊效应，产生受激布里渊放大谱信号，即滤波信号；通过推扫改变第一泵浦信号波长，实现对待滤波信号的可调谐滤波。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：基于相对定标和绝对定标，对所述滤波信号进行标定处理。