CN107565305B - 基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的光电振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的光电振荡器，包括：依次相连的第一激光器、第一偏振控制器、相位调制器、第一MPBF单元、第二MPBF单元、第一可调光衰减器、光电探测器、电放大器和电功分器；电功分器的第一输出端用于输出产生的微波信号，电功分器的第二输出端与相位调制器的射频口相连；工作时，相位调制信号进入第一MPBF单元后，利用宽带可调谐的单通带微波光子滤波器进行第一次选模，从而选择OEO的起振频率，再通过第二MPBF单元后实现超窄带宽的MPBF进行辅助选模实现OEO单模起振。本发明利用一个级联微波光子带通滤波器，并将其与OEO相结合，经过多次模式选择实现OEO单模起振，通过调节第一MPBF单元的中心波长，可以实现OEO的宽带可调谐性。

Description

基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的光电振荡器

技术领域

本发明属于光学及微波技术领域，更具体地，涉及基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的光电振荡器(Optoelectronic Oscillator，OEO)。

背景技术

OEO以低损耗的光纤为储能元件的，以其超高的频谱纯净度，宽带高频的工作潜力和相对简单的结构和工作条件，成为十分具有竞争力的高端微波/毫米波信号发生装置。OEO的基本结构在1994年由X.Steve Yao和Lute Maleki首次提出，主要结构包括：激光器，电光调制器、长光纤、光电探测器、微波放大器以及窄带宽电的带通滤波器(Electricalbandpass filter，EBF)。在OEO中，激光器发出的光通过电光调制器完成射频信号到光域的电光转换。调制光经过一段长光纤传输后，由光电探测器进行探测，完成信号的光电转换。探测后的信号经过放大、滤波之后反馈至调制器形成闭合的光电反馈环路，另外一部分作为信号输出。

长光纤在整个系统中扮演了高Q值能量存储单元，长光纤除了给OEO带来了高频谱纯净度，也同时带来了模式间隔过窄以至于多模起振的问题，这就需要一个带宽比模式间隔更窄的EBF来保证单模起振。假设采用2km长的光纤作为延时介质，光纤谐振腔对应的模式间隔将为100kHz。目前中心频率在10GHz附近的高频窄带通电学微波滤波器，通带最窄也只能做到5MHz附近。因此如果仅仅使用EBF作为OEO中的模式选择器，多模起振不可避免。再者窄带宽的EBF很难调谐，所以传统的OEO方案所产生的微波信号很难保证单模起振且频率范围较小，实际应用受限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，为了解决传统的OEO方案多模起振及调谐范围小的缺陷，本发明提供了一种基于级联微波光子带通滤波器(Microwave photonicbandpass filter，MPBF)的宽带可调谐的OEO，获得具有超宽范围连续可调谐且单模起振的微波信号源。

本发明提供了一种基于级联微波光子带通滤波器的宽带可调谐的光电振荡器，包括：依次相连的第一激光器、第一偏振控制器、相位调制器(Phase Modulator，PM)、第一MPBF单元、第二MPBF单元、第一可调光衰减器、光电探测器(Photodiode，PD)、电放大器和电功分器；所述电功分器的第一输出端用于输出产生的微波信号，所述电功分器的第二输出端与所述相位调制器的射频口相连；工作时，相位调制信号进入第一MPBF单元后实现了窄带宽宽带可调谐的单通带微波光子滤波器进行第一个选模保证OEO起振，这里的窄带宽指的是滤波器带宽不超过1GHz。再通过第二MPBF单元后实现超窄带宽的MPBF，这里的超窄带宽指的是滤波器带宽不超过100kHz，第二MPBF的带宽小于OEO的模式间隔频率，从而实现了高质量的宽带可调谐微波信号，这里的高质量指的是微波信号边模抑制比大于50dB，10kHz处的相位噪声低于-110dBc/Hz。

在本发明实施例中，用一个级联MPBF来代替电滤波器实现宽带可调谐的低相位噪声的微波信号。级联MPBF包括：一个窄带宽宽带可调谐的单通带微波光子滤波器和一个超窄带宽的MPBF。其中窄带宽的宽带可调谐的单通带微波光子滤波器保证OEO起振并实现频率可调谐；超窄带宽的MPBF保证OEO单模起振。超窄带宽的MPBF，一般情况下这个滤波器的自由频谱范围(Free Spectral Range，FSR)只有几十兆赫兹，在在实际的微波滤波应用中并没有太大的实用价值，但是在本发明提出的OEO结构中却是一个很好的辅助选模工具，可以保证OEO单模起振。

更进一步地，按照本发明的一个实例，第一MPBF单元包括：依次相连的第二激光器、第二偏振控制器、第一光放大器和第二可调光衰减器；第二可调光衰减器与第二光环形器的第一端口相连，其输入端与所述第二光环形器的第二端口连接的高非线性光传输媒介，以及其第二端口与所述高非线性光传输媒介的输入端连接的第一光环形器；所述第一光环形器的第一端口用于与所述相位调制器相连，所述第一光环形器的第三端口空载；第一光环形器相当于一个光学隔离器，隔离度可以大于商用光隔离器的隔离度，可以有效隔离泵浦光，以免泵浦光与其他光信号拍频影响产生的微波信号质量。工作时，第二激光器输出的光信号当做泵浦光，相位调制信号与相向传输的泵浦光在所述高非线性光传输媒介中发生受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)，这里的高非线性光传输媒介可以是高非线性光纤(High Nonlinear Fiber,HNLF)、标准单模光纤、色散位移光纤、高非线性波导等具有强SBS效应的光传输介质。在低于泵浦光频率10GHz附近会产生一个窄带宽的布里渊增益谱，当相位调制信号的一个边带刚好进入增益谱范围内，就会被放大，使得相位调制信号的±1阶边带幅度平衡被打破，会有相应频率的微波信号被探测出，实现第一路微波光子滤波器。

更进一步地，第一MPBF单元为高Q值的谐振器件，所述谐振器件为微球、微盘或微环，这里指的高Q指的是Q值大于10⁵。相位调制信号直接进入高Q谐振器件中，由于高Q器件存在一个窄带宽的凹陷谱，当相位调制信号的某一个边带恰好落入该凹陷谱中，该边带就会被滤掉，打破相位调制的平衡，实现相位到强度调制的转换，得到一个窄带宽的宽带可调谐的微波光子带通滤波器。

更进一步地，按照本发明的一个实例，第二MPBF单元包括：2×1耦合器、第一半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)、第一光学带通滤波器(OpticalBandpass Filter，OBF)和1×2耦合器；这里的2×1耦合器是2个输入端1个输出端、1×2耦合器是1个输入端2个输出端。所述2×1耦合器的输出端口依次与第一半导体光放大器、第一光学带通滤波器、1×2耦合器的输入端相连；1×2耦合器的一个输出端与2×1耦合器的第二端口相连构成一个有源环，1×2耦合器的另一个输出端与所述第一可调光衰减器相连；所述2×1耦合器的第一端口与第一MPBF单元的输出端相连。

更进一步地，按照本发明的一个实例，第二MPBF单元包括：第三激光器、1×2耦合器、第二半导体光放大器、第二光学带通滤波器、2×2耦合器、第二光放大器；所述第三激光器与1×2耦合器的一个输入端相连；1×2耦合器的输出端依次与第二半导体光放大器、第二光学带通滤波器、2×2耦合器的第一端口相连；2×2耦合器的输出端口依次与第二光放大器、2×2耦合器的第二端口相连构成一个有源环；所述1×2耦合器的一个输入端口与第一MPBF单元的输出端相连；2×2耦合器的第三端口与第二可调光衰减器相连。

更进一步地，按照本发明的一个实例，第二MPBF单元包括：依次相连的第一布拉格光栅、第三半导体光放大器、第二布拉格光栅。其中第一、第二布拉格光栅相当于OBF，并且第一、第二布拉格光栅的反射率为90％。两个布拉格光栅的参数一样确保构成有源环，反射谱带宽为0.5nm，反射中心波长偏离信号光波长足够大。

第二MPBF单元是一个IIR滤波器，其中利用SOA的交叉增益调制效应实现波长转换排除光学干涉，克服IIR微波光子滤波器的相干问题，实现线性传输，确保了滤波器稳定工作。SOA和光放大器可以补偿环内损耗，转换光信号可以在有源环内不断循环形成一个超窄带宽的微波光子带通滤波器。更进一步地，第二个MPBF中的第一OBF和第二OBF的中心波长偏离泵浦光波长足够大，可以完全消除泵浦光与其他光信号的拍频信号，可以大大增加输出信号的抑制比。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的OEO，利用一个宽带可调谐的单通带微波光子滤波器，并将其与OEO相结合，通过调节微波光子滤波器的中心波长，可以实现OEO的宽带可调谐性。

(2)本发明提供的基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的OEO，由于级联了一个超窄带宽的微波光子带通滤波器进行辅助滤波，可以消除基于SBS的单环OEO中的跳模与模式竞争问题，保证OEO单模起振。

(3)本发明提供的基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的OEO，由于HNLF和级联的有源环结构都可以当作延时储能元件，可以窄化OEO的输出信号，降低所得微波信号的相位噪声。

(4)本发明提供的基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的OEO，其第二个微波光子带通滤波器单元中，利用半导体光放大器的交叉增益调制效应实现波长转换排除光学干涉，克服IIR微波光子滤波器的相干问题，实现线性传输，保证滤波器稳定工作。

(5)本发明提供的基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的OEO，其第二个微波光子带通滤波器单元中，光学带通滤波器的中心波长偏离泵浦光波长足够大，可以完全消除泵浦光与其他光信号的拍频信号，可以大大增加输出信号的抑制比。

(6)本发明提供的基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的OEO，其第二个微波光子带通滤波器单元，其自由频谱范围只有几十兆赫兹，在实际的微波滤波应用中并没有太大的实用价值，但是在本发明提出的OEO结构中却是一个很好的辅助选模，保证OEO单模起振的工具。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于级联微波光子滤波器宽带可调谐的OEO的结构示意图；

图2是本发明实施例中的第一MPBF单元的第一种结构示意图；

图3是本发明实施例中的第一MPBF单元的第二种结构示意图；

图4是本发明实施例中的第二MPBF单元的第一种结构示意图；

图5是本发明实施例中的第二MPBF单元的第二种结构示意图；

图6是本发明实施例中的第二MPBF单元的第三种结构示意图；

图7是实施例中的第一MPBF单元第一种结构原理示意图；

图8是实施例中的第一MPBF单元第二种结构原理示意图；

图9是本发明实施例提供的光电振荡器中第一个滤波单元幅度响应的仿真结果图；

图10为本发明实施例提供的光电振荡器中IIR滤波单元幅度响应的仿真结果图；

图11为本发明实施例提供的光电振荡器中两个级联滤波器幅度响应的仿真结果图；

其中，1为第一激光器，2为第一偏振控制器，3为相位调制器，4为第一MPBF单元，5为第二MPBF单元，6为标准单模光纤，7为第一可调光衰减器，8为光电探测器，9为电放大器，10为电功分器，11为射频链路，4-1为第二激光器，4-2为第二偏振控制器，4-3为第一光放大器，4-4为第二可调光衰减器，4-5为第二光环形器，4-6为高非线性光传输媒介，4-7为第一光环形器，5-1为2×1耦合器，5-2为第一SOA，5-3为第一OBF，5-4为1×2耦合器，6-1为第三激光器、6-2为1×2耦合器、6-3为第二半导体光放大器、6-4为第二OBF、6-5为2×2耦合器、6-6为第二光放大器、7-1为第一布拉格光栅、7-2为第三半导体光放大器、7-3为第二布拉格光栅。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于级联MPBF的宽带可调谐OEO，包括依次相连的第一激光器1、第一偏振控制器2、相位调制器3、第一MPBF单元4、第二MPBF单元5、第一可调光衰减器7、光电探测器8、电放大器9和电功分器10；电功分器10的第一输出端输出微波信号，第二输出端与相位调制器3的射频口相连。

第一MPBF单元4主要功能是实现一个大范围连续可调谐的单通带MPBF代替EBF保证OEO可以起振，且这一个滤波器的中心频率就是OEO起振信号的中心频率。按照本发明的一个方面，提供了两种MPBF结构，其中第一种结构如图2所示，包括：依次相连的第二激光器4-1、第二偏振控制器4-2、第一光放大器4-3、第二可调光衰减器4-4；其第一端口与第二可调光衰减器4-4相连的第二光环形器4-5，其输入端与所述第二光环形器4-5的第二端口连接的高非线性光纤4-6，以及其第二端口与高非线性光纤4-6的输入端连接的第一光环形器4-7；所述第一光环形器4-7的第一端口用于与所述相位调制器3相连，所述第一光环形器4-7的第三端口空载；第一光环形器4-7相当于光隔离器，信号流向为相位调制器3到高非线性光纤4-6的方向。相位调制信号与相向传输的泵浦光在高非线性光纤4-6中发生SBS。在低于泵浦光频率10GHz附近会产生一个窄带宽(带宽约为20MHz)的布里渊增益谱，当相位调制信号的一个边带刚好进入增益谱范围内，就会被放大，这样使得相位调制信号的±1阶边带幅度平衡被打破，这时将会有相应频率的微波信号被探测出，实现第一路微波光子滤波器。

其中第二种结构如图3所示，包括：一个超高品质因子(Q值)的微球、微盘或者微环谐振器。得到的第一路微波光子带通滤波器保证OEO可以起振，并且决定了其起振的中心频率。但是目前微波光子带通滤波器的3dB带宽只有几十兆赫兹，而一般OEO的本征模式频率间隔是几百千赫兹，因此只有一路MPBF来选模仍然存在多模问题，这就需要级联一个超窄带宽的MPBF单元来辅助选模，实现单模起振。

第二MPBF单元，其主要功能是实现一个超窄带宽的MPBF，得到的滤波器通带3dB带宽小于OEO本征模式频率间隔来辅助选模，实现OEO单模起振。按照本发明的一个方面，提供了两种无限冲击响应(Infinite Impulse Response，IIR)滤波器结构，第一种结构如图4所示，包括：2×1耦合器5-1的输出端口与SOA5-2；第一SOA 5-2与第一OBF 5-3相连；第一OBF5-3与1×2耦合器5-4的输入端相连；1×2耦合器5-4的一个输出端与2×1耦合器5-1的第二端口相连构成一个有源环，2×1耦合器5-1的第一端口与上述第一MPBF单元4的输出端相连，1×2耦合器5-4的另一个输出端与第一可调光衰减器7相连。

第二种结构如图5所示，包括：第三激光器6-1与1×2耦合器6-2的一个输入端相连；1×2耦合器6-2输出端依次与第二半导体光放大器6-3、第二OBF 6-4、2×2耦合器6-5的第一端口相连；2×2耦合器6-5的第四端口依次与第二光放大器6-6、2×2耦合器6-5的第二端口相连构成一个有源环；所述1×2耦合器6-2的一个输入端口与第一MPBF单元4的输出端相连；2×2耦合器6-5的第三端口与第二第一可调光衰减器7相连。

第二MPBF单元5的第三种结构如图6所示，包括：第一布拉格光栅7-1、第三半导体光放大器7-2、第二布拉格光栅7-3；第一布拉格光栅7-1的输入端与第一MPBF单元4相连，第一布拉格光栅7-1的输出端依次与第三半导体光放大器7-2、第二布拉格光栅7-3相连，第二布拉格光栅7-3的输出端与第二第一可调光衰减器7相连。两个布拉格光栅的反射谱带宽为0.5nm，反射中心波长偏离信号光波长足够大。

其中，第一激光器1用于发射连续光作为光载波；偏振控制器2用于对光载波进行偏振态调整，从而使相位调制器3达到最好的调制状态；

相位调制器3以微波信号作为调制信号，用于在微波信号的作用下对经过偏振态调整后的光载波进行相位调制，产生幅度相同、相位相反的一阶上边带与下边带，实现微波信号到光信号的转换；相位调制信号进入第一MPBF 4单元，利用一个窄带宽宽带可调谐的单通带微波光子滤波器进行第一次选模保证OEO起振，再通过第二MPBF 5单元，利用一个超窄带宽的MPBF，一般情况下这个滤波器的自由频谱范围(Free Spectral Range，FSR)只有几十兆赫兹，在在实际的微波滤波应用中并没有太大的实用价值，但是在本发明提出的OEO结构中却是一个很好的辅助选模，保证OEO单模起振的工具。

在本发明实例中，第一MPBF单元4中第一种结构中，其中第一光环形器4-7就相当于一个光隔离器；高非线性光纤4-6一般长度为1km，布里渊频移为10GHz；第一光放大器4-3与第二可调光衰减器4-4用于调节布里渊泵浦光的强度；第一MPBF单元4中第二种结构中，高Q谐振器的Q值需要达到10⁵以上以实现一个窄带宽(带宽约为1GHz)MPBF。

在本发明实例中，第二MPBF单元5是一个IIR滤波器，给出的实例是个有源环结构，其中利用SOA的交叉增益调制效应实现波长转换排除光学干涉，克服IIR微波光子滤波器的相干问题，实现线性传输，确保了滤波器稳定工作。第一SOA 5-2和第二光放大器6-6可以补偿环内损耗，转换光信号可以在有源环内不断循环形成一个超窄带宽的微波光子带通滤波器。

在本发明实例中，第一光可调衰减器7用于调节进入PD 8之前的光功率，以免功率过大损坏PD 8。

在本发明实例中，电放大器9是一个低噪声微波放大器，增益30dB。

如图1所示是实施例提供的基于级联微波光子滤波器宽带可调谐的OEO的结构示意图；其中第一激光器1与第一偏振控制器2相连，偏振控制器2与相位调制器3相连；相位调制器3与第一MPBF单元4相连；第一MPBF单元4与第二MPBF单元5相连；第二MPBF单元5与第一可调光衰减器7相连；第一可调光衰减器7与光电探测器8相连；光电探测器8与电放大器9相连；电放大器9与电功分器10相连；电功分器10的一端输出微波信号，另外一端与相位调制器的射频口相连。

如图2是实施例1中的第一MPBF单元的第一种结构示意图；第二激光器4-1与第二偏振控制器4-2相连；第二偏振控制器4-2与EDFA 4-3相连；EDFA 4-3与第二可调光衰减器4-4相连；第二可调光衰减器4-4与第一光环形器4-5的第一端口相连，第一光环形器4-5的第二端口与HNLF 4-6相连；HNLF 4-6与第二光环形器4-7的第二端口相连，第二光环形器4-7的第一端口与上述PM 3相连，第二光环形器4-7的第三端口空载。所述第二光环形器4-7相当于光隔离器，信号流向为相位调制器3到HNLF 4-6的方向。图3是第一MPBF单元的第二种结构示意图，相位调制信号直接进入一个高Q谐振器件，如微球、微盘、微环等，再与第二MPBF单元5相连。

如图4是实施例1中的第二MPBF单元5的第一种结构示意图；2×1耦合器5-1的第一端口与图2中第一光环形器4-5的第三端口相连；2×1耦合器5-1的输出端口与第一SOA 5-2相连；第一SOA 5-2与第一OBF 5-3相连；第一OBF 5-3与1×2耦合器5-4的输入端相连；1×2耦合器5-4的一个输出端与2×1耦合器5-1的第二端口相连构成一个有源环，1×2耦合器5-4的另一个输出端与图1中第一光可调衰减器7相连。图5是第二MPBF单元5的第二种结构示意图，第三激光器6-1与1×2耦合器6-2的一个输入端相连；1×2耦合器6-2输出端依次与第二半导体光放大器6-3、第二OBF 6-4、2×2耦合器6-5的第一端口相连；2×2耦合器6-5的第四端口依次与第二光放大器6-6、2×2耦合器6-5的第二端口相连构成一个有源环；所述1×2耦合器6-2的一个输入端口与第一MPBF单元4的输出端相连；2×2耦合器6-5的第三端口与第一可调光衰减器7相连。图6是第二MPBF单元5的第三种结构示意图，第一布拉格光栅7-1的输入端与第一MPBF单元4相连，第一布拉格光栅7-1的输出端依次与第三半导体光放大器7-2、第二布拉格光栅7-3相连，第二布拉格光栅7-3的输出端与第一可调光衰减器7相连。

本发明实施例中，基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的光电振荡器的工作过程包括：

步骤一：第一激光器1用于发射连续光作为光载波；偏振控制器2用于对光载波进行偏振态调整，从而使相位调制器3达到最好的调制状态；相位调制器3用于在微波信号的作用下对经过偏振态调整后的光载波进行相位调制，产生相位相反的一阶上边带与下边带，实现微波信号到光信号的转换；

步骤二：按照实例中第一MPBF单元4中的第一种结构，调制后，微波光子信号经过第一光环形器4-7进入高非线性光纤4-6；如图2所示，第二激光器2发出的光依次经过偏振控制器4-2、第一光放大器4-3、第二可调光衰减器4-4当作布里渊泵浦光，经由第二光环形器4-5从第二端口与相位调制信号光以相反的方向进入高非线性光纤4-6。这两束光信号在高非线性光纤4-6中发生受激布里渊散射(StimulatedBrillouin Scattering，SBS)效应。

实施例中的第一MPBF单元第一种结构工作原理如图7所示，具体如下：

相位调制信号与相向传输的泵浦光在高非线性光纤4-6中发生SBS，在低于泵浦光频率10GHz附近会产生一个窄带宽(带宽约为20MHz)的布里渊增益谱，当相位调制信号的一个边带刚好进入增益谱范围内，就会被放大，如图7所示，这样使得相位调制信号的±1边带幅度平衡被打破，这时将会有相应频率的微波信号被探测出，实现第一路微波光子滤波器。

按照实例中第一MPBF单元4中的第二种结构，相位调制信号直接进入高Q谐振器件中，其工作原理如图8所示，由于高Q器件存在一个窄带宽的凹陷谱，当相位调制信号的某一个边带恰好落入该凹陷谱中，该边带就会被滤掉，打破相位调制的平衡，实现相位到强度调制的转换，得到一个窄带宽的微波光子带通滤波器。

步骤三：按照实例中第二MPBF单元5的第一种结构，经过第一MPBF单元4的光信号从2×1耦合器5-1的第一端口到输出端口进入有源环，有源环由2×1耦合器5-1、第一SOA5-2、第一OBF 5-3和1×2耦合器5-4组成。利用第一SOA 5-2的交叉增益调制效应，第一SOA5-2的自发辐射谱被SBS放大的光信号或者通过高Q谐振器件的滤波光信号反向调制实现波长转换可以排除光学干涉，这就克服了IIR微波光子滤波器的相干问题；第一OBF 5-3从自发辐射谱中提取转换光信号用1×2耦合器5-4(以10:90为例)从有源环中提取10％的光信号能量，然后90％的光信号能量留在有源环中进行延时并被第一SOA 5-2放大来补偿环内损耗，提高微波滤波器的Q值，减小带宽。因而，转换光信号可以在有源环内不断循环形成一个超窄带宽的滤波器。

按照实例中第二MPBF单元5的第二种结构，经过第一MPBF单元4的光信号和第三激光器6-1的输出信号一起输入到第二SOA 6-3中，由于第二SOA 6-3的交叉增益调制效应实现波长转换，第一MPBF单元4出来的光信号转换到了第三激光器6-1的输出信号上，再通过一个第二OBF 6-4滤除第一MPBF单元4出来的信号光，留下转换后的光信号进入有源环中进行延时并被第二光放大器6-6放大来补偿环内损耗，从而增大微波滤波器的Q值，减小带宽。因而，转换光信号可以在有源环内不断循环形成一个超窄带宽的滤波器。

按照实例中第二MPBF单元5的第三种结构，经过第一MPBF单元4的光信号从第一布拉格光栅7-1输入到第三SOA 7-2中，利用第三SOA 7-2的交叉增益调制效应实现波长转换，把经过第一MPBF单元4的光信号转换到SOA的自发辐射谱上，再输入到第二布拉格光栅7-3进行反射再通过第三SOA 7-2进行放大补偿传输损耗，之后在第一布拉格光栅7-1处又反射进入第三SOA 7-2进行放大构成一个有源环结构，因而转换光信号可以在有源环内不断循环形成一个超窄带宽的滤波器。

图9所示为实施例中第一个滤波单元幅度响应的仿真结果图，图10所示为实施例中IIR滤波单元幅度响应的仿真结果图，图11所示为实施例中两个级联滤波器幅度响应的仿真结果图。从这三幅图可以看出，第一个滤波单元的中心频率最后决定OEO的起振频率，并且第一个滤波器的中心频率的调谐性可以简单地通过调节泵浦波长来实现。第二个IIR滤波单元由于其超窄特性可以辅助选模，实现OEO单模起振。

步骤四：经过级联滤波器输出的光信号经过第一可调光衰减器7之后进入PD 8实现光电转换，这个第一可调光衰减器7用来调节进入PD 8的光功率以免过大烧坏PD 8，然后再以后经过一个增益为30dB的低相位噪声电放大器9、电功分器10然后反馈至相位调制器3的射频端口，构成光电振荡器的正反馈环路。

步骤五：经过稳定振荡之后，OEO的就可以得到稳定的输出信号。通过调节泵浦波长即第二激光器4-1的波长，可以实现OEO输出信号宽带可调谐。由于本实施例中高非线性光纤4-6和有源环结构都可以当作延时单元，因此输出的微波信号可以具有很低的相位噪声，可以得到宽带可调谐的高质量微波信号。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于级联微波光子滤波器的宽带可调谐的光电振荡器，其特征在于，包括：依次相连的第一激光器(1)、第一偏振控制器(2)、相位调制器(3)、第一MPBF单元(4)、第二MPBF单元(5)、第一可调光衰减器(7)、光电探测器(8)、电放大器(9)和电功分器(10)；

所述电功分器(10)的第一输出端用于输出产生的微波信号，所述电功分器(10)的第二输出端与所述相位调制器(3)的射频口相连；

工作时，相位调制信号进入第一MPBF单元(4)后，利用窄带宽的宽带可调谐的单通带微波光子滤波器进行第一次选模，从而选择光电振荡器的起振频率，再通过第二MPBF单元(5)后实现超窄带宽的MPBF进行第二次辅助选模实现光电振荡器单模起振；

所述第一MPBF单元(4)包括：依次相连的第二激光器(4-1)、第二偏振控制器(4-2)、第一光放大器(4-3)和第二可调光衰减器(4-4)；其第一端口与所述第二可调光衰减器(4-4)连接的第二光环形器(4-5)，其输入端与所述第二光环形器(4-5)的第二端口连接的高非线性光传输媒介(4-6)，以及其第二端口与所述高非线性光传输媒介(4-6)的输出端连接的第一光环形器(4-7)；

所述第一光环形器(4-7)的第一端口用于与所述相位调制器(3)相连，所述第一光环形器(4-7)的第三端口空载，所述第二光环形器(4-5)的第三端口与第二MPBF单元(5)输入端相连；

工作时，相位调制信号与相向传输的泵浦光在所述高非线性光传输媒介(4-6)中发生受激布里渊散射，在低于泵浦光频率10GHz附近会产生一个窄带宽的布里渊增益谱，当相位调制信号的一个边带刚好进入增益谱范围内，就会被放大，使得相位调制信号的±1阶边带幅度平衡被打破，会有相应频率的微波信号被探测出，实现第一路微波光子滤波器。

2.如权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述高非线性光传输媒介(4-6)为高非线性光纤或标准单模光纤或色散位移光纤或者其他具有强受激布里渊散射效应的器件。

3.如权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述第一MPBF单元(4)为超高品质因子谐振器件，所述谐振器件为微球、微盘或微环。

4.如权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述第二MPBF单元(5)包括：2×1耦合器(5-1)、第一半导体光放大器(5-2)、第一光学带通滤波器(5-3)和1×2耦合器(5-4)；

所述2×1耦合器(5-1)的输出端口依次通过标准单模光纤与第一半导体光放大器(5-2)、第一光学带通滤波器(5-3)、1×2耦合器(5-4)的输入端相连；1×2耦合器(5-4)的一个输出端与2×1耦合器(5-1)的第二端口相连构成一个有源环，1×2耦合器(5-4)的另一个输出端与第二可调光衰减器(7)相连；所述2×1耦合器(5-1)的第一端口与第一MPBF单元(4)的输出端相连。

5.如权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述第二MPBF单元(5)包括：第三激光器(6-1)、1×2耦合器(6-2)、第二半导体光放大器(6-3)、第二光学带通滤波器(6-4)、2×2耦合器(6-5)、第二光放大器(6-6)；

所述第三激光器(6-1)与1×2耦合器(6-2)的一个输入端相连；1×2耦合器(6-2)输出端依次与第二半导体光放大器(6-3)、第二光学带通滤波器(6-4)、2×2耦合器(6-5)的第一端口相连；2×2耦合器(6-5)的第四端口依次与第二光放大器(6-6)、2×2耦合器(6-5)的第二端口相连构成一个有源环；所述1×2耦合器(6-2)的一个输入端口与第一MPBF单元(4)的输出端相连；2×2耦合器(6-5)的第三端口与第二可调光衰减器(7)相连。

6.如权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述第二MPBF单元(5)包括：第一布拉格光栅(7-1)、第三半导体光放大器(7-2)、第二布拉格光栅(7-3)；

所述第一布拉格光栅(7-1)的输入端与第一MPBF单元(4)相连，第一布拉格光栅(7-1)的输出端依次与第三半导体光放大器(7-2)、第二布拉格光栅(7-3)相连，第二布拉格光栅(7-3)的输出端与第二可调光衰减器(7)相连。

7.如权利要求6所述的光电振荡器，其特征在于，所述第一布拉格光栅(7-1)和第二布拉格光栅(7-3)为光纤布拉格光栅，这两个光纤布拉格光栅直接刻在第三半导体光放大器(7-2)的尾纤上。

8.如权利要求6所述的光电振荡器，其特征在于，所述第一布拉格光栅(7-1)和第二布拉格光栅(7-3)为布拉格波导光栅，第三半导体光放大器(7-2)为片上器件，整个滤波单元集成在同一芯片上。