CN1834708A

CN1834708A - 一种基于光纤光栅的可调谐微波光子滤波器

Info

Publication number: CN1834708A
Application number: CN 200610050398
Authority: CN
Inventors: 池灏; 章献民
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2006-09-20

Abstract

本发明公开了一种基于光纤光栅的可调谐微波光子滤波器。光隔离器的输入端为滤波器的输入端，光隔离器的输出端接3dB耦合器的第一端，3dB耦合器的第三、第四端间接光纤构成光纤环，光纤环中串接有中心反射波长不同的数个光纤光栅，采用的光纤光栅为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅。3dB耦合器的第二端为信号输出端即滤波器的输出端。本发明的滤波器可方便地实现可调谐的功能，并且采用一个光栅就可实现两个抽头，降低了所用光纤光栅的数量，同时也降低了系统的成本。本发明所涉及的滤波器，需要可调谐激光器配合使用，通过选择不同的波长来选择光纤环中的不同的均匀光纤光栅或者啁啾光纤光栅的不同位置，从而实现滤波器自由频程的可调谐功能。

Description

一种基于光纤光栅的可调谐微波光子滤波器

技术领域

本发明涉及光通信和无线通信技术领域，尤其是涉及一种基于光纤光栅的可调谐微波光子滤波器。

背景技术

近年来，Radio over Fiber(RoF)技术引起了广泛的重视，RoF是一种模拟调制的副载波复用技术，它在无线/移动通信系统的接入系统中、在军用的天线远程控制和智能交通系统中有广泛的应用。在无线/移动通信系统中应用，可将基站端的基带处理、调制、混频功能后移到基站控制器端集中处理，而基站端只保留光电转换、滤波和放大功能，这样可大大降低基站的成本，在未来的密集微蜂窝通信系统中，由于基站数量众多，采用RoF技术可大大降低系统的成本。由于在微波/毫米波光纤系统中潜在的应用价值，光域上的微波信号处理技术(即所谓的微波光子信号处理)引起了众多研究者的兴趣。比起传统基于电子设备的微波信号处理，微波光子信号处理的好处是时间带宽积高、抗电磁干扰、线路和设备间的串扰小、调谐方便，最重要的是微波光子信号处理技术是在光域上对微波信号处理，它能与RoF等微波/毫米波光纤传输系统天然匹配，中间无需光电和电光转换设备。

微波光子信号处理技术中的一个重要课题就是全光纤的微波光子横向滤波技术，它在射频光纤系统和远程雷达信号处理等领域有着重要用途。比起传统的电子微波滤波器，微波光子滤波器有着许多优点，如电磁环境兼容性、体积小、重量轻和较宽的工作带宽等。鉴于光纤光栅能以灵巧的方式构建微波光子滤波器，近来，研究者提出了若干基于光纤光栅的微波光子滤波器结构，这些微波光子滤波器的共同特点是滤波器所需的抽头数目与系统中的光纤光栅相同，比如二抽头的陷波滤波器，就需要两个光纤光纤光栅，八个抽头的横向滤波器就需要八个光纤光栅。如在W.Zhang and J.A.R.Williams，Fibre opticbandpass transversal filter employing fibre grating arrays，Electronics Letters，1999，Vol.35，No.12，pp1010-1011提出的四抽头横向微波光子滤波器中，就需要与四个抽头对应的光纤光栅。在D.Pastor and J.Capmany，Fibre optic tunable transversalfilter using laser array and linearly chirped fibre grating，Electronics Letters，1998，Vol.34，No.17，pp1684-1685提出的三抽头微波光子滤波器，虽然只使用了一个啁啾光纤光栅，但是需要与三个抽头对应的三个不同发射波长的激光器。在G.Ning，S.Aditya，P.Shum，Y.D.Gong，J.H.Ng and G.Teo，Tunable photonic microwavefilter with Hi-Bi chirped graing free from chromatic dispersion，Electronics Letters，2004，Vol.40，No.16，pp999-1000，给出的陷波滤波器中，虽然只使用了一个啁啾光纤光栅，但是在其系统中需要高双折射光纤配合使用。

如前所述目前基于光纤光栅的微波光子滤波器，存在的主要问题是系统复杂，或者是所需要的光栅较多，或是需要多个激光器，或是需要其他器件如高双折射光纤与之配套，这导致了其实现的高成本，因而也限制了应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤光栅的可调谐微波光子滤波器，这种微波光子滤波器能够调整滤波器的自由频程，从而实现调谐性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：光隔离器的输入端为滤波器的输入端，光隔离器的输出端接3dB耦合器的第一端，3dB耦合器的第三、第四端间接光纤构成光纤环，光纤环中串接有中心反射波长不同的数个光纤光栅，3dB耦合器的第二端为信号输出端，也即滤波器的输出端。

所述的光纤光栅数量取决于实际所需的调谐要求。

所述的光纤光栅为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：这种滤波器能够节省所需的光纤光栅的数量，降低系统成本，并且结合可调谐激光器的使用，这种微波光子滤波器能够调整滤波器的自由频程，从而实现调谐性能。若在光纤环中放置均匀光纤光栅，则可实现非连续调谐的微波光子滤波器；若在光纤环中放置啁啾光纤光栅，则可实现连续调谐的微波光子滤波器。本发明所涉及的滤波器可方便地实现可调谐的功能，并且采用一个光栅就可实现两个抽头，大大降低了所用光纤光栅的数量，同时也降低了系统的成本。本发明所涉及的滤波器，需要可调谐激光器配合使用，通过选择不同的波长来选择光纤环中的不同的光栅，从而实现滤波器自由频程的可调谐功能。

附图说明

图1是本发明的基于光纤环和光纤光栅的可调谐微波光子滤波器的示意图。

图2是本发明的基于光纤环和啁啾光纤光栅的连续可调谐微波光子滤波器示意图。

图3为本发明提出的滤波器在RoF系统中应用的示意图。

图中：1.滤波器的输入端，2.光隔离器，3.3dB耦合器，4、5.3dB耦合器的第三、第四端，6.光纤环，7、8、9.中心反射波长不同的均匀光纤光栅，10.滤波器的输出端，10.3dB耦合器的第二端，也即滤波器的输出端，11.3dB耦合器的第一端，12.啁啾光纤光栅，13.电光调制器，14.微波信号输入口，15.第一微波放大器，16.光纤链路，17.本发明涉及的微波光子滤波器，18.光电探测器，19.第二微波放大器，20.微波信号输出口，21.可调谐半导体激光器，。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，本发明包括：光隔离器2的输入端为滤波器的输入端1，光隔离器2的输出端接3dB耦合器3的第一端，3dB耦合器3的第三、第四端4、5间接光纤构成光纤环6，光纤环6中串接有中心反射波长不同的数个光纤光栅，3dB耦合器3的第二端为信号输出端，也即滤波器的输出端10。

所述的光纤光栅数量取决于实际所需的调谐要求。

所述的光纤光栅为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅。

图1为本发明提出的基于光纤环和均匀光纤光栅的非连续可调谐微波光子滤波器的示意图。图1中的非连续可调谐微波光子滤波器主要包括3dB耦合器3，光纤环6和在光纤环中的若干均匀光纤光栅，为实现可调谐，环中应放置2个或以上的均匀光纤光栅，具体的均匀光纤光栅数量取决于所需的调谐能力。图1中的1为滤波器的输入端，输入信号经光隔离器2后进入3dB耦合器3，3dB耦合器3的第二输入端作为滤波器的输出端10，3dB耦合器的输出端第三、第四端4、5通过单模光纤连接构成光纤环6，光纤环6中放置若干均匀光纤光栅，示意图中放置了3个均匀光纤光栅7、8和9，这些光栅的反射率均为100％，并且它们的反射光谱互不重叠。当已经调制上微波信号的光波进入3dB耦合器3后，分别从3dB耦合器的输出端第三、第四端4、5输出各50％的信号，这两束信号在光纤环6中分别延顺时针和逆时针方向传播，它们遇到对应于光载波波长的光纤光栅后发生全反射，延着原来路径回到3dB耦合器3，由于在输入端口1上配有光隔离器2，信号只能从3dB耦合器的端口10输出。在该系统中，输出信号相当于由两个抽头构成，二者之间的延迟量由光纤光栅在光纤环中的位置和光波长决定。这样，可通过改变输入光信号的波长来选择光纤环中的不同均匀光纤光栅，从而可实现延迟量的非连续调节，因而该3dB滤波器的自由频程也得到了的非连续调节。该3dB滤波器的调谐级数由光纤环中的光栅个数决定，所需3dB滤波器的自由频程可通过均匀光纤光栅在光纤环中的位置来确定。这里所采用的反射率为100％的均匀光纤光栅可从市场上购买。

图2为本发明提出的基于光纤环和啁啾光纤光栅的连续可调谐微波光子滤波器的示意图。图2中给出的连续可调谐滤波器结构与图1给出的滤波器基本相同，不同之处是图1中的均匀光纤光栅更换为啁啾光纤光栅12，同样也是若干个啁啾光纤光栅级联，为实现连续调谐，这些光栅需要首尾相连，另外，还要求这些啁啾光纤光栅的反射谱首尾相连，图2中啁啾光纤光栅12为一个，同样也要求这些啁啾光纤光栅在反射带宽内的反射率为100％。

图2中的连续可调谐微波光子滤波器主要包括3dB耦合器3，光纤环6和在光纤环中的啁啾光纤光栅12构成。图2中的1为滤波器的输入端口，输入信号经光隔离器2后进入3dB耦合器3，3dB耦合器的另一个输入端口作为滤波器的输出端口10，3dB耦合器的输出端口4和5通过光纤连接构成光纤环6，光纤环6中放置一个啁啾光纤光栅11，使用的啁啾光纤光栅在其反射带宽内的反射率为100％。当已经调制上微波信号的光波进入滤波器的输入端口1后后，分别从3dB耦合器的输出端4和5输出各50％的信号，这两束信号在光纤环6中分别延顺时针和逆时针方向传播，由于啁啾光纤光栅11的作用，该信号在啁啾光纤光栅的特定位置反射，反射的位置取决于输入光的波长。反射光沿着原路径回到3dB耦合器3，由于在输入端口上有光隔离器2，信号只能从3dB耦合器的端口10输出。在该系统中，输出信号相当于由两抽头构成，二者之间的延迟量由啁啾光纤光栅在光纤环中的位置和输入光波长决定。这样，由于啁啾光纤光栅的色散特性，可通过改变输入光信号的波长来实现延迟量的连续调节，因而该滤波器的自由频程也得到了相应的连续调节。该滤波器的调谐范围由光纤环上啁啾光栅的反射谱宽决定，所需滤波器的自由频程可通过光栅在光纤环中的位置和输入光波长来确定。这里所采用的反射率为100％的啁啾光纤光栅也可从市场上购买。

图3给出了本发明所涉及的微波光子滤波器在微波毫米波光纤链路中应用的参考示意图。光载波信号由可调谐半导体激光器21发出后进入电光调制器13，微波信号从输入端14输入经微波放大器15后调制到光载波上。经调制的光波经过一段单模光纤16后，从微波光子滤波器的输入端1输入到本发明所涉及的微波光子滤波器17，经微波光子滤波器的输出端10输出经过滤波的光信号，然后通过光探测器18，将光信号转换为微波信号，经微波放大器19后从微波信号输出口20输出经过滤波的微波信号。本发明中所有用到的光电器件也都可以从市场买到。

Claims

1、一种基于光纤光栅的可调谐微波光子滤波器，其特征在于：光隔离器(2)的输入端为滤波器的输入端(1)，光隔离器(2)的输出端接3dB耦合器(3)的第一端，3dB耦合器(3)的第三、第四端(4、5)间接光纤构成光纤环(6)，光纤环(6)中串接有中心反射波长不同的数个光纤光栅，3dB耦合器(3)的第二端为信号输出端，也即滤波器的输出端(10)。

2、根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的可调谐微波光子滤波器，其特征在于：所述的光纤光栅数量取决于实际所需的调谐要求。

3、根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的可调谐微波光子滤波器，其特征在于：所述的光纤光栅为均匀光纤光栅或啁啾光纤光栅。