CN209356782U - 一种双通带微波光子滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微波光子学技术领域，公开了一种双通带微波光子滤波器，包括：激光器；偏振控制器，连接于所述激光器的输出端；双平行马赫曾德尔调制器，连接于所述偏振控制器的输出端；第一光环行器，其第一端口连接于所述双平行马赫曾德尔调制器的输出端；第一相移光栅，连接于所述第一光环行器的第二端口；第二光环行器，其第一端口连接于所述第一光环行器的第三端口；第二相移光栅，连接于所述第二光环行器的第二端口；光纤放大器，连接于所述第二光环行器的第三端口；光电探测器，连接于所述光纤放大器的输出端。本实用新型结构简单，制作难度小，不易受微波辐射干扰，适用于复杂双波段通信应用。

Description

一种双通带微波光子滤波器

技术领域

本实用新型涉及微波光子学技术领域，尤其涉及一种双通带微波光子滤波器。

背景技术

微波光子滤波器作为微波光子学的主要分支，通过在光域对高频微波信号的处理，既能克服传统微波通信的缺陷，又能保留光纤通信高带宽、高采样率、低损耗、抗电磁干扰等优点。在微波光子链路、光载无线通信、卫星通信、阵列天线、军事和航天等领域具有重要的应用价值。

微波光子滤波器可分为相干滤波和非相干滤波两类。相干滤波器的光相位容易受周围环境影响，控制比较困难。非相干滤波器目前更加常见，其原理是不同波长光信号的强度叠加，利用了多抽头的延时结构，但抽头系数往往为正，只能实现低通滤波。要实现带通或高通滤波，必须有负系数的光学抽头，目前实现负抽头系数的方法较多样，具体设置器件则各有不同，各有优缺点。除此之外，为适应更复杂的通信应用，还需要微波光子滤波器具备如可调谐或双波段等特性。

如公开号为CN108459422A的专利文献就公开了“一种双通带可调谐微波光子滤波器”，包括第一可调谐激光器、第一偏振控制器、第二可调谐激光器、第二偏振控制器、第一光耦合器、第三偏振控制器、光电调制器、光环行器、法布里-珀罗激光器和光电探测器。采用两个主激光器和一个从激光器，通过注入锁定原理实现了一个双通带滤波器，结构简单紧凑；此外，通过调节两个主激光器的注入功率来调节MPF或还可通过调节从激光器的偏置电流来调节MPF的中心频率，因此增加了可调谐性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单，制作难度小，不易受微波辐射干扰，适用于复杂双波段通信应用的双通带微波光子滤波器。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种双通带微波光子滤波器，包括：

激光器；

偏振控制器，连接于所述激光器的输出端；

双平行马赫曾德尔调制器，连接于所述偏振控制器的输出端；

第一光环行器，其第一端口连接于所述双平行马赫曾德尔调制器的输出端；

第一相移光栅，连接于所述第一光环行器的第二端口；

第二光环行器，其第一端口连接于所述第一光环行器的第三端口；

第二相移光栅，连接于所述第二光环行器的第二端口；

光纤放大器，连接于所述第二光环行器的第三端口；

光电探测器，连接于所述光纤放大器的输出端。

上述方案中，利用双平行马赫曾德尔调制器可在强度调制和相位调制这两个工作状态中切换的特点，结合两个前后级联设置的相移光栅的双重带通滤波作用，实现了微波光子滤波器的双通道微波光子滤波，同时兼具结构简单，制作、控制难度小，噪声系数小，不易受微波辐射干扰的优点。

进一步地，还包括可调光衰减器，连接于所述光纤放大器与所述光电探测器之间。

进一步地，所述双平行马赫曾德尔调制器包括第一子调制器和第二子调制器；所述第一子调制器和所述第二子调制器共用光纤输入端和光纤输出端并形成有主偏置端口；所述第一子调制器和所述第二子调制器均设有射频信号输入端口和偏置电压输入端口。

进一步地，所述第二子调制器的射频信号输入端口连接有移相器。

进一步地，所述移相器和所述第一子调制器的射频信号输入端口分别连接同一功分器的两个输出端口。

进一步地，所述主偏置端口、所述第一子调制器的偏置电压输入端口以及所述第二子调制器偏置电压输入端口共同连接一三通道直流电压源，所述三通道直流电压源包括三个直流电压输出端。

进一步地，所述激光器为窄线宽激光器。

进一步地，所光纤放大器为掺铒光纤放大器。

进一步地，所述偏振控制器为三轴机械可调偏振控制器。

采用上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：结构简单、紧凑，制作难度小，噪声系数小，不受微波辐射干扰，适用于复杂的双波段通信系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，附图如下：

图1为本实用新型实施例1提供的一种双通带微波光子滤波器结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的一具体实验下第一相移光栅和第二相移光栅各自的反射光谱图；

图3为本实用新型实施例1提供的一具体实验下第一相移光栅和第二相移光栅级联后的反射光谱图；

图4为本实用新型实施例1提供的一具体实验下微波光子滤波器输出信号的频率响应曲线图；

图5为本实用新型实施例2优选双通带微波光子滤波器结构示意图。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种双通带微波光子滤波器，包括：

激光器100；用于产生并输出激光信号；

偏振控制器200，连接于所述激光器100的输出端；用于按需调节所述激光器100的输出端输出激光信号的偏振态关系；

双平行马赫曾德尔调制器300，连接于所述偏振控制器200的输出端；双平行马赫曾德尔调制器300一方面用于接收待滤波的微波信号，另一方面用于接收所述偏振控制器200的输出端输出的激光信号,并将微波信号调制到该激光信号上，形成相位调制的激光信号，并输出至第一光环行器400的第一端口；

第一光环行器400，其第一端口连接于所述双平行马赫曾德尔调制器300的输出端；

第一相移光栅500，连接于所述第一光环行器400的第二端口；利用第一相移光栅500（PS-FBG）反射谱中存在一透射窗口可直接用作带通滤波器的原理，实现对第一光环行器400输出激光信号的带通滤波，然后将滤波后反射的激光信号送入第二光环行器600的第一端口；

第二光环行器600，其第一端口连接于所述第一光环行器400的第三端口；

第二相移光栅700，连接于所述第二光环行器600的第二端口；第二相移光栅700（PS-FBG）实现第二次对激光信号的带通滤波，需要注意的是，为了保证双通带微波光子滤波，第二相移光栅700在刻蚀时，其透射窗口与第一相移光栅500的透射窗口不同，两者透射窗口的间距与需要的双通带的间距保持一致；

光纤放大器800，连接于所述第二光环行器600的第三端口；光纤放大器800用于将第二光环行器600的第三端口输出的激光信号放大，保证激光信号的功率可被光电探测器良好检波。

光电探测器PD1，连接于所述光纤放大器800的输出端，作为滤波器的输出端用于对所述光纤放大器800的输出端的激光信号进行检波处理，输出其中的经过双通带滤波后的微波信号。上述各器件之间通过品质优良的光纤形成连接，以保证光的低失真传输。

一具体实验论证中，设置第一相移光栅500和第二相移光栅700的透射窗口间距10GHz，通过光谱分析仪分别测得第一相移光栅500和第二相移光栅700各自的反射谱如图2所示，激光信号依次经过第一相移光栅500和第二相移光栅700后的反射谱则如图3所示，从图3中可得其透射窗口的带宽大致在0.82 GHz；然后调整激光器100的输出波长，使其与第一相移光栅500和第二相移光栅700的透射窗口的频率间隔分别为2GHz和12GHz，最终通过矢量网络分析仪从光电探测器PD1处测得的频率响应如图4所示，从图4中可见，滤波器的频谱确实在2GHz和12GHz处分别有一通带，且通带带宽约为0.82 GHz，这与级联后的第一相移光栅500和第二相移光栅700所反映的反射带宽保持高度的一致，可见本实施例的滤波器噪声系数小且通带改变的可操作性好，控制操作的难度低。

综上，本实施例的滤波器利用双平行马赫曾德尔调制器可在强度调制和相位调制这两个工作状态中切换的特点，结合两个前后级联设置的相移光栅的双重带通滤波作用，实现了滤波器的双通道微波光子滤波，同时兼具结构简单，制作、控制难度小，噪声系数小，不易受微波辐射干扰的优点。

实施例2

如图5所示，本实施例与之前实施例的区别在于，还包括可调光衰减器900，连接于所述光纤放大器800与所述光电探测器PD1之间。用于将光纤放大器800输出的激光信号进行功率调整后输出至光电探测器PD1，有利于平衡光功率，使得微波信号能够低失真的被检波出来。

所述双平行马赫曾德尔调制器300包括第一子调制器310和第二子调制器320；第一子调制器310和第二子调制器320均为MZM调制器；

所述第一子调制器310和所述第二子调制器320共用光纤输入端in和光纤输出端out并形成有主偏置端口V3，光纤输入端in与偏振控制器200的输出端连接，光纤输出端out与第一光环行器400连接，主偏置端口V3输入偏置电压控制双平行马赫曾德尔调制器300的偏置点，即用于调节所述第一子调制器310输出信号与所述第二子调制器320输出信号的相位差；所述第一子调制器310和所述第二子调制器320均设有射频信号输入端口和偏置电压输入端口。射频信号输入端口用于供微波信号输入，偏置电压输入端口用于输入偏置电压控制第一子调制器310或所述第二子调制器320各自的偏置点。当向主偏置端口V3、第一子调制器310的偏置电压输入端口V1以及第二子调制器320偏置电压输入端口V2输入所需偏置电压，即可调整双平行马赫曾德尔调制器300输出所需光谱，一般情况下，为了得到优良的双通带微波光子滤波，需调整双平行马赫曾德尔调制器300输出光谱仅包含载波和一阶边带。

优选地，所述第二子调制器320的射频信号输入端口连接有移相器330。移相器330用于改变输入第二子调制器320的射频信号的相位；移相器330设置有利于实现仅输入一个待滤波微波信号，就能实现第一子调制器310和第二子调制器320需要输入微波信号相位不同时的双通带滤波需求，有利于保障滤波器的结构紧凑，同时降低设置成本。

所述移相器330和所述第一子调制器310的射频信号输入端口分别连接同一个功分器340的两个输出端口。供待滤波微波信号由功分器340的输入端口输入。

所述主偏置端口V3、所述第一子调制器310的偏置电压输入端口V1以及所述第二子调制器320偏置电压输入端口V2共同连接一三通道直流电压源，所述三通道直流电压源包括三个直流电压输出端，可分别输出不同的直流电压，用于三个调制器的相位调制，实现可调谐的同时，保证了滤波器的结构紧凑。

所述激光器100为窄线宽激光器100，用于输出窄线宽的激光信号，从而有利于控制噪声干扰，降低噪声系数，优选窄线宽可调谐激光器。

所光纤放大器800为掺铒光纤放大器。

所述偏振控制器200为三轴机械可调偏振控制器。用于提高偏振状态调节的灵活性。

综上，进一步降低了制作和操作难度，提高了滤波器的可调谐性，灵活可变性以及结构紧凑型。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种双通带微波光子滤波器，其特征在于，包括：

激光器；

偏振控制器，连接于所述激光器的输出端；

双平行马赫曾德尔调制器，连接于所述偏振控制器的输出端；

第一光环行器，其第一端口连接于所述双平行马赫曾德尔调制器的输出端；

第一相移光栅，连接于所述第一光环行器的第二端口；

第二光环行器，其第一端口连接于所述第一光环行器的第三端口；

第二相移光栅，连接于所述第二光环行器的第二端口；

光纤放大器，连接于所述第二光环行器的第三端口；

光电探测器，连接于所述光纤放大器的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种双通带微波光子滤波器，其特征在于，还包括可调光衰减器，连接于所述光纤放大器与所述光电探测器之间。

3.根据权利要求1所述的一种双通带微波光子滤波器，其特征在于，所述双平行马赫曾德尔调制器包括第一子调制器和第二子调制器；所述第一子调制器和所述第二子调制器共用光纤输入端和光纤输出端并形成有主偏置端口；所述第一子调制器和所述第二子调制器均设有射频信号输入端口和偏置电压输入端口。

4.根据权利要求3所述的一种双通带微波光子滤波器，其特征在于，所述第二子调制器的射频信号输入端口连接有移相器。

5.根据权利要求4所述的一种双通带微波光子滤波器，其特征在于，所述移相器和所述第一子调制器的射频信号输入端口分别连接同一功分器的两个输出端口。

6.根据权利要求3所述的一种双通带微波光子滤波器，其特征在于，所述主偏置端口、所述第一子调制器的偏置电压输入端口以及所述第二子调制器偏置电压输入端口共同连接一三通道直流电压源，所述三通道直流电压源包括三个直流电压输出端。

7.根据权利要求1所述的一种双通带微波光子滤波器，其特征在于，所述激光器为窄线宽激光器。

8.根据权利要求1所述的一种双通带微波光子滤波器，其特征在于，所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。

9.根据权利要求1所述的一种双通带微波光子滤波器，其特征在于，所述偏振控制器为三轴机械可调偏振控制器。