CN114039671A - 相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法及系统。该方法同时检测布里渊增益的幅度和相位信息，通过高精度的调制电信号调控和波形采集与优化反馈，大大提升布里渊滤波器的抑制比和波形调控灵活度。同时，采用硫系波导、硒化物光纤或高非线性光纤作为增益介质，可化简系统的光纤长度，提高增益效率。实现的高精度波形和带宽可控微波光子滤波器可用于高精度的高频微波信号滤波与整形。
Description
技术领域
本发明涉及窄带的波形可控微波光子滤波器领域，具体地，涉及一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法及系统。
背景技术
移动互联网和物联网作为未来移动通信发展的两大主要驱动力，为第五代移动通信(5G)提供了广阔的应用前景。面对数据流量的千倍增长，千亿设备连接和多样化的业务需求，国际移动通信系统IMT2020第五代移动通信技术(5G)规范将连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠确定为5G的4大应用场景。目前，通过采用低频和高频混合组网充分挖掘低频和高频的优势，共同满足无缝覆盖、高速率、大容量、低功耗等5G需求，而对多波形、多频段和多带宽等超宽带无线信号进行高效处理则是5G研究需要突破的关键技术领域。
作为无线传输射频系统中的信号处理的关键器件，滤波器在发射端、中继站和接收端都发挥着至关重要的作用。目前，声表面波滤波器和体声波滤波器在射频通信领域里应用比较广泛。然而，声表面波滤波器不太适合2.5GHz以上的频率，同时高频率工作时功耗大、发热严重并且对温度变化敏感。而体声波滤波器虽然工作频率较高，但其成本高，量产一致性差。因此，新型高性能滤波器的设计与实现成为5G通信中的一个重要课题。
针对高性能滤波器这一5G超宽带信号处理的关键器件方面，可利用微波光子技术方案来加以解决。微波光子滤波器，尤其是基于硅基的低功耗集成微波光子处理芯片，通过利用光学方法处理微波超宽带信号，具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优势，可克服传统电信号处理器中有限速率造成的电子瓶颈问题，大大推动了通信系统的发展。其中，具有灵活的调谐能力及可重构性的微波光子滤波器，能够满足对多频段、多带宽等5G宽带高速信号灵活处理的重要需求。
专利文献为CN109347560A的发明专利公开了一种基于受激布里渊散射的自由可调谐双通带微波光子滤波器装置及实现方法。采用一个激光器，借助布里渊吸收谱或者增益谱实现相位调制到强度调制的转换，并通过设置两个微波源的输出频率实现两个通带位置的自由设定。但是上述方案无法实现增益效率提升的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法及系统。
根据本发明提供的一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，其特征在于，包括如下步骤：
信号源生成步骤：调整信号源，生成带宽、频率、幅度和波形可调的电频频率梳；
布里渊泵浦光信号生成步骤：将电信号通过电光调制器转化为光信号，经过光功率放大器后，作为布里渊泵浦光信号；
待测扫频光信号生成步骤：矢量网络分析仪输出指定扫频范围的电信号，经过相位调制后，转化为用于检测布里渊增益信息的待测扫频光信号；
增益产生步骤：泵浦光信号和待测扫频光信号分别从一段增益光纤的两端相向传输，此过程中泵浦光信号产生具有一定频移量的布里渊增益，将待测光信号的某部分频率成分放大；
谱型与抑制比获取步骤：比较有无泵浦光信号时，网分检测到的信号，获得相位调制检测下的布里渊滤波器谱型与抑制比；
谱型修正获取步骤：对获得的布里渊增益谱与目标谱型进行对比，采用优化迭代算法修正后续的泵浦光谱型，直到获得具有理想谱型的高抑制比微波光子滤波器。
优选地，信号源生成的电频频率梳的最大带宽范围小于实验光纤中受激布里渊散射效应的频移量。
优选地，调制后的光信号经过载波抑制单边带调节。
优选地，调节泵浦光信号的载波与待测光信号载波的波长，实现泵浦光信号经过布里渊频移后的频率范围与待测光信号的频率范围重合。
优选地，增益产生步骤中，待测信号的频率范围大于布里渊增益谱的带宽范围。
优选地，增益产生步骤中，待测信号与布里渊的泵浦光信号反向传输。
优选地，增益产生步骤中，用于产生布里渊增益谱的光纤为如下任一种：单模光纤、硫系波导、硒化物光纤、高非线性光纤。
优选地，增益产生步骤中，测量链路包含色散补偿模块和偏振控制模块。
优选地，谱型与抑制比获取步骤中，矢量网络分析仪的检测信号同时包含了布里渊增益谱的强度和相位信息。
优选地，谱型修正获取步骤中，布里渊微波光子滤波器的中心波长能够通过调节泵浦波长实现，其谱型能够通过数字化调控电频梳实现。
根据本发明提供的一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽系统，包括如下模块：
信号源生成模块：调整信号源，生成带宽、频率、幅度和波形可调的电频频率梳；
布里渊泵浦光信号生成模块：将电信号通过电光调制器转化为光信号，经过光功率放大器后，作为布里渊泵浦光信号；
待测扫频光信号生成模块：矢量网络分析仪输出指定扫频范围的电信号，经过相位调制后，转化为用于检测布里渊增益信息的待测扫频光信号；
增益产生模块：泵浦光信号和待测扫频光信号分别从一段增益光纤的两端相向传输，此过程中泵浦光信号产生具有一定频移量的布里渊增益，将待测光信号的某部分频率成分放大；
谱型与抑制比获取模块：比较有无泵浦光信号时，网分检测到的信号，获得相位调制检测下的布里渊滤波器谱型与抑制比；
谱型修正获取模块：对获得的布里渊增益谱与目标谱型进行对比，采用优化迭代算法修正后续的泵浦光谱型，直到获得具有理想谱型的高抑制比微波光子滤波器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明解决了现有技术中布里渊微波光子滤波器的光纤长度较长，泵浦功率要求高，滤波器抑制比和带宽受限，需要依靠高功率的光放大器保证泵浦功率的问题。
2、本发明采用电光调制的方法，通过电域实现对泵浦光信号的高精度幅度与波形调控，以扫频光信号作为待测信号，以相位调制的方式同时检测布里渊增益的幅度和相位信息，进而与目标谱型进行对比，设计优化算法修正布里渊滤波器的谱型。
3、本发明能够降低对泵浦光的功率要求，通过采用硫系波导、硒化物光纤、高非线性光纤作为增益介质，还可大大降低光纤的长度，进一步提升增益效率。
4、本发明利用受激布里渊散射效应实现高抑制比、数字可控的常见的波形(如矩形、高斯形、三角形)的滤波，基于泵浦数字化多频外调解的布里渊增益谱展宽技术，增益谱形反馈校正控制技术，采用特殊增益光纤的增益增强技术和相位调制的抑制比提升技术，实现中心波长、增益谱带宽和谱型灵活可控的布里渊微波光子滤波器。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一个实施例的一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法的实验结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，包括如下步骤：
步骤S1：调整信号源，生成带宽、频率、幅度和波形可进行高精度调节的电频频率梳。其中：信号源生成的电频频率梳可进行高精度的带宽、频率、幅度、波形控制，但最大带宽范围应小于实验光纤中受激布里渊散射效应的频移量，避免产生混叠。
步骤S2：将S1步骤中的电信号经过电光调制器后转化为光信号，经过光功率放大器后，作为布里渊泵浦光信号。其中，调制后的光信号需经过载波抑制单边带模块进行调节，以避免载波与另一支边带信号的增益干扰。泵浦光信号的载波与待测光信号载波的波长需经过准确调节，以保证泵浦光信号经过布里渊频移后的频率范围与待测光信号的频率范围重合。
步骤S3：矢量网络分析仪生成指定频率范围的扫频电信号，经过相位调制后，转化为待测光信号，用于检测布里渊增益信息。
步骤S4：S2步骤的泵浦光信号和S3步骤的待测光信号分别从一段增益光纤的两端相向传输，此过程中泵浦光产生具有一定频移量的布里渊增益，将待测光信号的某部分频率成分放大。测试过程中，待测信号的频率范围应大于布里渊增益谱的带宽范围，以保证采集到完整的布里渊增益谱。待测信号与布里渊的泵浦光信号是反向传输的，待测信号路需添加光隔离器，避免反向功率的干扰。用于产生布里渊增益谱的光纤可以是普通的单模光纤，也可以是硫系波导、硒化物光纤、高非线性光纤等具有较高非线性系数的光纤。测量链路包含了色散补偿模块和偏振控制模块，以对整个链路的色散和偏振态进行控制，保证最大的布里渊增益。
步骤S5：通过矢量网络分析仪对S4步骤中，有无泵浦光时的检测信号进行采集与比较，获得展宽后的布里渊增益谱。矢量网络分析仪的检测信号同时包含了布里渊增益谱的强度和相位信息，在相同的泵浦功率下，可以获得具有更高抑制比的布里渊滤波器。
步骤S6：对S5步骤获得的布里渊增益谱与目标谱型进行对比，采用优化迭代算法修正后续的泵浦光谱型，直到获得具有理想谱型的高抑制比微波光子滤波器。布里渊微波光子滤波器的中心波长可以通过调节泵浦波长实现，其谱型可以通过数字化调控电频梳实现。
进一步具体说明，本发明提出的一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，包括如下步骤：
步骤S1：如图2所示，调整信号源，生成带宽、频率、幅度和波形可进行高精度调节的电频频率梳。
通过MATLAB设计具有目标滤波器谱型的信号，控制任意波形发生器生成具有特定谱型的电频梳，只需要精确控制电频梳，即可产生需要的谱线形状。
步骤S2：可调光源1输出特定波长的光载波，S1步骤任意波形发生器产生的可控电频梳经过载波抑制单边带调制后，经过光放大器和偏振控制器1，作为受激布里渊散射效应的泵浦光信号。
步骤S3：可调光源2产生和可调光源1具有可调频移差信号，作为测试路的光载波，矢量网络分析仪输出指定带宽范围内扫频的电信号，经过相位调制器后，调制到光域，作为待测信号。该步骤具体包括以下子步骤：
S31：矢量网络分析仪输出扫频电信号经过相位调制器调制到光域，调制后待测信号的扫频范围应覆盖且大于布里渊增益范围；
S32：步骤S31的待测光信号经过一个色散补偿模块进行色散补偿；
S33：步骤S32获得的光信号经过一个光隔离器，避免反向光的影响，后经过偏振控制器2进行偏振态的调节，保证系统获得最大的布里渊增益。
步骤S4：步骤S2的泵浦光信号输入光环形器端口1，经光环形器端口2输出后，输入一段增益光纤，该光纤可以为硫系波导、硒化物光纤、高非线性光纤或普通的单模光纤。步骤S3的待测光信号从泵浦光的反方向输入相同的光纤内，布里渊增益范围内的扫频待测信号被放大，增益区外的信号将不被放大，从而能够精确地得到SBS谱形，放大后的待测信号经过光环形器的端口2，端口3输出放大后的待测信号。
步骤S5：步骤S4的输出光信号经过一个光电探测器后，转化为电信号，送入矢量网络分析仪进行增益响应检测，通过比较有无泵浦光的条件下，矢量网络分析仪获得的频响曲线，即可获得同时包含受激布里渊散射效应幅度和相位信息的高抑制比增益谱。
步骤S6：对S5步骤获得的布里渊增益谱与目标滤波器谱型进行对比，获得误差函数，进而修正后续的泵浦光信号的谱型，多次迭代直到获得具有理想谱型的高抑制比布里渊微波光子滤波器。
本发明还提供一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽系统，包括信号源生成模块：调整信号源，生成带宽、频率、幅度和波形可调的电频频率梳；布里渊泵浦光信号生成模块：将电信号通过电光调制器转化为光信号，经过光功率放大器后，作为布里渊泵浦光信号；待测扫频光信号生成模块：矢量网络分析仪输出指定扫频范围的电信号，经过相位调制后，转化为用于检测布里渊增益信息的待测扫频光信号；增益产生模块：泵浦光信号和待测扫频光信号分别从一段增益光纤的两端相向传输，此过程中泵浦光信号产生具有一定频移量的布里渊增益，将待测光信号的某部分频率成分放大；谱型与抑制比获取模块：比较有无泵浦光信号时，网分检测到的信号，获得相位调制检测下的布里渊滤波器谱型与抑制比；谱型修正获取模块：对获得的布里渊增益谱与目标谱型进行对比，采用优化迭代算法修正后续的泵浦光谱型，直到获得具有理想谱型的高抑制比微波光子滤波器。
本实施例所述的一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法及系统，通过高分辨率数字化泵浦产生方式和测量-反馈-调节的校正技术，可实现矩型、三角型、高斯型等任意波形的滤波器，采用相位调制的检测方法，同时采集受激布里渊散射效应的幅度和相位信息，同时受益于硫系波导、硒化物光纤、高非线性光纤等特殊光纤的高布里渊增益，可以采用很短的光纤实现较高的滤波器抑制比，降低对泵浦功率的要求，十分利于仪器的小型化和模块化。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，其特征在于，包括如下步骤：
信号源生成步骤：调整信号源，生成带宽、频率、幅度和波形可调的电频频率梳；
布里渊泵浦光信号生成步骤：将电信号通过电光调制器转化为光信号，经过光功率放大器后，作为布里渊泵浦光信号；
待测扫频光信号生成步骤：矢量网络分析仪输出指定扫频范围的电信号，经过相位调制后，转化为用于检测布里渊增益信息的待测扫频光信号；
增益产生步骤：泵浦光信号和待测扫频光信号分别从一段增益光纤的两端相向传输，此过程中泵浦光信号产生具有一定频移量的布里渊增益，将待测光信号的某部分频率成分放大；
谱型与抑制比获取步骤：比较有无泵浦光信号时，网分检测到的信号，获得相位调制检测下的布里渊滤波器谱型与抑制比；
谱型修正获取步骤：对获得的布里渊增益谱与目标谱型进行对比，采用优化迭代算法修正后续的泵浦光谱型，直到获得具有理想谱型的高抑制比微波光子滤波器。
2.根据权利要求1所述的相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，其特征在于，信号源生成的电频频率梳的最大带宽范围小于实验光纤中受激布里渊散射效应的频移量。
3.根据权利要求1所述的相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，其特征在于，调制后的光信号经过载波抑制单边带调节。
4.根据权利要求1所述的相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，其特征在于，调节泵浦光信号的载波与待测光信号载波的波长，实现泵浦光信号经过布里渊频移后的频率范围与待测光信号的频率范围重合。
5.根据权利要求1所述的相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，其特征在于，增益产生步骤中，待测信号的频率范围大于布里渊增益谱的带宽范围。
6.根据权利要求1所述的相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，其特征在于，增益产生步骤中，待测信号与布里渊的泵浦光信号反向传输。
7.根据权利要求1所述的相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，其特征在于，增益产生步骤中，用于产生布里渊增益谱的光纤为如下任一种：单模光纤、硫系波导、硒化物光纤、高非线性光纤。
8.根据权利要求1所述的相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，其特征在于，谱型与抑制比获取步骤中，矢量网络分析仪的检测信号同时包含了布里渊增益谱的强度和相位信息。
9.根据权利要求1所述的相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽方法，其特征在于，修正获取步骤中，布里渊微波光子滤波器的中心波长能够通过调节泵浦波长实现，其谱型能够通过数字化调控电频梳实现。
10.一种相位调制提升窄带布里渊滤波器抑制比和带宽系统，其特征在于，包括如下模块：
信号源生成模块：调整信号源，生成带宽、频率、幅度和波形可调的电频频率梳；
布里渊泵浦光信号生成模块：将电信号通过电光调制器转化为光信号，经过光功率放大器后，作为布里渊泵浦光信号；
待测扫频光信号生成模块：矢量网络分析仪输出指定扫频范围的电信号，经过相位调制后，转化为用于检测布里渊增益信息的待测扫频光信号；
增益产生模块：泵浦光信号和待测扫频光信号分别从一段增益光纤的两端相向传输，此过程中泵浦光信号产生具有一定频移量的布里渊增益，将待测光信号的某部分频率成分放大；
谱型与抑制比获取模块：比较有无泵浦光信号时，网分检测到的信号，获得相位调制检测下的布里渊滤波器谱型与抑制比；
谱型修正获取模块：对获得的布里渊增益谱与目标谱型进行对比，采用优化迭代算法修正后续的泵浦光谱型，直到获得具有理想谱型的高抑制比微波光子滤波器。
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2021
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Patent Citations (5)
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