RU192862U1 - Радиофотонный фильтр - Google Patents
Радиофотонный фильтр Download PDFInfo
- Publication number
- RU192862U1 RU192862U1 RU2019109282U RU2019109282U RU192862U1 RU 192862 U1 RU192862 U1 RU 192862U1 RU 2019109282 U RU2019109282 U RU 2019109282U RU 2019109282 U RU2019109282 U RU 2019109282U RU 192862 U1 RU192862 U1 RU 192862U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filter
- microwave
- integrated
- bragg grating
- radio
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 39
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 16
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005418 spin wave Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000010615 ring circuit Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03J—TUNING RESONANT CIRCUITS; SELECTING RESONANT CIRCUITS
- H03J5/00—Discontinuous tuning; Selecting predetermined frequencies; Selecting frequency bands with or without continuous tuning in one or more of the bands, e.g. push-button tuning, turret tuner
- H03J5/02—Discontinuous tuning; Selecting predetermined frequencies; Selecting frequency bands with or without continuous tuning in one or more of the bands, e.g. push-button tuning, turret tuner with variable tuning element having a number of predetermined settings and adjustable to a desired one of these settings
- H03J5/14—Discontinuous tuning; Selecting predetermined frequencies; Selecting frequency bands with or without continuous tuning in one or more of the bands, e.g. push-button tuning, turret tuner with variable tuning element having a number of predetermined settings and adjustable to a desired one of these settings operated by auxiliary power
- H03J5/20—Settings determined by a number of positioning means actuated by a second means adjustable to different positions by the same or by a second auxiliary power
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к интегральной оптике и радиофотонике и может быть использована для создания СВЧ-приборов и устройств, применяемых в телекоммуникационных, навигационных, радиолокационных системах, системах связи и устройствах широкополосной передачи информации. Технический результат заключается в создании полосно-пропускающего радиофотонного фильтра с узкой полосой пропускания и высоким уровнем выходного СВЧ-сигнала. Радиофотонный фильтр, содержащий последовательно соединенные монохроматический оптический лазер, модулятор, к которому подводится модулирующий СВЧ-сигнал, интегральную фильтрующую оптическую структуру на основе микроволноводов прямоугольного поперечного сечения и фотодетектора, отличающийся тем, что интегральная фильтрующая оптическая структура состоит из Брэгговской решетки, выполненной из четного числа секций пространственно-периодических структур, образованных периодическим изменением ширины интегрального микроволновода прямоугольного поперечного сечения, разделенных между собой линиями задержки, и следующим за ней кольцевым резонатором, изготовленным таким образом, чтобы в полосе фильтрации Брэгговской решетки укладывалось три резонансных пика с длиной волны центрального резонанса, равной центральной длине волны полосы пропускания Брэгговской решетки, и фотодетектора, а в качестве модулятора использован амплитудный модулятор.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к оптике и радиофотонике и может быть использована для создания СВЧ-приборов и устройств, применяемых в телекоммуникационных, навигационных, радиолокационных системах, системах связи и устройствах широкополосной передачи информации.
Из существующего уровня техники известен радиофотонный фильтр (Патент на полезную модель №186801 RU, Дроздовский А.В., Витько В.В., Никитин А.А., Устинов А.Б., Зарецкая Г.А., Калиникос Б.А., Радиофотонный СВЧ фильтр, приоритет полезной модели: 24.09.2018), состоящий из последовательно включенных по кольцевой схеме спин-волновой линии задержки, находящуюся в магнитной системе, выход которой соединен со входом СВЧ-усилителя, выход которого через два встречно включенных СВЧ направленных ответвителя, соединен с оптическим модулятором, модулирующим излучение перестраиваемого лазера, к выходу модулятора подключена дисперсионная оптическая линия задержки, соединенная с фотодетектором, который соединен со входом спин-волновой линии задержки. Недостатком такого фильтра являются его высокие массо-габаритные характеристики. Данный недостаток обусловлен тем, что в конструкции радиофотонного фильтра используется спин-волновая линия задержки, а в качестве дисперсионной оптической линий задержки - оптическое волокно.
Из существующего уровня техники известен радиофотонный фильтр (Liu L., Не М., Dong J., Compact continuously tunable microwave photonic filters based on cascaded silicon microring resonators // Optics Communications, Vol.363, pp.128-133, 2016), состоящий из последовательно включенных оптического лазера, фазового модулятора, к которому подводится модулирующий СВЧ-сигнал, интегральной фильтрующей микроволноводной структуры на основе двух интегральных оптических микроволноводов, нагруженных тремя, расположенными между ними, последовательно включенными интегральными микроволноводными кольцевыми резонаторами, и фотодетектора. Резонаторы изготовлены таким образом, чтобы в оптическом диапазоне частот наблюдалось две полосы пропускания. Ширина полосы заграждения между полосами пропускания определяет частоту фильтрации СВЧ-сигнала. Фазовый модулятор настроен таким образом, чтобы индекс модуляции был много меньше единицы. Несущая частота лазера настроена на одну из полос пропускная интегральной фильтрующей микроволноводной структуры. При совпадении одной из боковых гармоник модулирующего сигнала со второй полосой пропускания на фотодетекторе наблюдается СВЧ-сигнал. Недостатком такого фильтра является низкий уровень выходного СВЧ-сигнала. Данный недостаток вытекает из выбранного способа модуляции, имеющей низкий индекс модуляции, который необходим для обеспечения корректной работы фильтра.
Из существующих публикаций известен радиофотонный фильтр (Song S., Chew S. X., Yi X., Nguyen L., Minasian R.A., Tunable single-passband microwave photonic filter based on integrated optical double notch filter // Journal of Lightwave Technology, Vol.36, No. 19, pp.4557-4564, 2018), состоящий из последовательно включенных оптического лазера, фазового модулятора, к которому подводится модулирующий СВЧ-сигнал, интегрального оптического микроволновода, нагруженного двумя последовательно включенными интегральными микроволноводными кольцевыми резонаторами с расположенными близко друг к другу резонансными частотами, отвечающим разным значениями добротности, и фотодетектора. Фазовый модулятор настроен таким образом, чтобы индекс модуляции был много меньше единицы. Несущая оптического сигнала настраивается на длину волны, располагаемую между соседними собственными колебаниями кольцевых резонаторов. При этом полоса пропускания СВЧ-сигнала такого радиофотонного фильтра определяется разностью полос заграждения, образованных нагруженными кольцевыми резонаторами. Существенным недостатком такого фильтра является низкий уровень выходного СВЧ-сигнала. Данный недостаток вытекает из выбранного способа модуляции (фазовая модуляция гармоническим сигналом), имеющей низкий индекс модуляции, который необходим для обеспечения корректной работы фильтра. Вторым недостатком такого фильтра является сложность контроля ширины полосы пропускания СВЧ-сигнала и недостижимость узкополосной фильтрации (продемонстрирована полоса пропускания порядка 3 ГГц). Данный недостаток вытекает из сложности технологического контроля разности добротностей резонаторов при их изготовлении.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому фильтру является радиофотонный фильтр, описанный в Villanueva G. Е., J. V., Vidal В., Single bandpass photonic microwave filter based on a notch ring resonator // IEEE Photonics Technology Letters, Vol.22, No. 17, pp.1276-1278, 2010). Данный радиофотонный фильтр включает в себя последовательно соединенные монохроматический оптический лазер, фазовый модулятор, к которому подводится модулирующий СВЧ-сигнал, интегральный оптический микроволновод, нагруженный на кольцевой микроволноводный резонатор, являющийся полосно-заграждающим фильтром, и фотодетектор. Фазовый модулятор настроен таким образом, чтобы индекс модуляции был много меньше единицы. Несущая частота лазера отстроена от полосы заграждения кольцевого резонатора на требуемую частоту фильтрации СВЧ-сигнала. При совпадении одной из боковых гармоник модулирующего сигнала с полосой заграждения кольцевого резонатора на фотодетекторе наблюдается СВЧ-сигнал. Достоинством вышеописанного фильтра является его компактность.
Данная известная конструкция прототипа имеет существенный недостаток, заключающийся в низком уровне выходного СВЧ-сигнала (менее -42 дБ). Данный недостаток вытекает из выбранного способа модуляции, имеющей низкий индекс модуляции, который необходим для обеспечения корректной работы фильтра (отсутствия дополнительных гармоник в спектре модулированного сигнала).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание полосно-пропускающего радиофотонного интегрального фильтра с узкой полосой пропускания и высоким уровнем выходного СВЧ-сигнала.
Для решения поставленной задачи предлагается конструкция радиофотонного интегрального фильтра, состоящая из последовательно соединенных монохроматического оптического лазера, модулятора, к которому подводится модулирующий СВЧ-сигнал, интегральной фильтрующей оптической структуры на основе микроволноводов прямоугольного поперечного сечения, и фотодетектора, отличающаяся тем, что интегральная фильтрующая оптическая структура состоит из Брэгговской решетки, выполненной из четного числа секций пространственно-периодических структур, образованных периодическим изменением ширины интегрального микроволновода прямоугольного поперечного сечения, разделенных между собой линиями задержки, и следующим за ней кольцевым резонатором, изготовленным таким образом, чтобы в полосе фильтрации Брэгговской решетки укладывалось три резонансных пика с длиной волны центрального резонанса равной центральной длине волны полосы пропускания Брэгговской решетки, и фотодетектора, а в качестве модулятора использован амплитудный модулятор.
Технический результат заключается в создании полосно-пропускающего радиофотонного фильтра с узкой полосой пропускания и высоким уровнем выходного СВЧ-сигнала. Данный результат достигается за счет того, что в конструкцию радиофотонного фильтра введены амплитудный модулятор и интегральная фильтрующая оптическая структура, состоящая из Брэгговской решетки на основе микроволноводов прямоугольного поперечного сечения и следующего за ней кольцевого резонатора. Интегральная фильтрующая оптическая структура обеспечивает узкую полосу пропускания СВЧ-сигнала, определяемую добротностью резонатора, и подавление полос пропускания на более высоких частотах с помощью Брэгговской решетки. Амплитудный модулятор обеспечивает высокое значение модуляции оптического сигнала без появления дополнительных гармоник в спектральной характеристике. Таким образом, реализуется высокий уровень СВЧ-сигнала на выходе из фотодетектора.
Полезная модель иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 приведена блок-схема полезной модели радиофотонного фильтра. На фиг. 2 показано схематическое изображение топологии шестисекционного радиофотонного интегрального фильтра. На фиг. 3 приведена характеристика передачи Брэгговской решетки с полосой пропускания 20 ГГц. На фиг. 4 приведена характеристика передачи оптического кольцевого резонатора с областью свободной дисперсии 10 ГГц и значениями коэффициентов связи с подводящим и отводящим микроволноводами 0,8947 и 0,9487, соответственно. На фиг. 5 приведена результирующая характеристика передачи интегральной фильтрующей оптической структуры на основе интегральных оптических микроволноводов. На фиг. 6 приведена относительная характеристика передачи радиофотонного фильтра.
Радиофотонный фильтр (см. фиг. 1) содержит монохроматический лазер 1, амплитудный модулятор 2, модулирующий оптическое излучение, интегральную фильтрующую оптическую структуру 3, фото детектор 4.
Принцип действия интегрального радио фотонного фильтра основан на последовательности процессов. Оптическое излучение монохроматического лазера 1, модулированное СВЧ-сигналом при помощи амплитудного модулятора 2, поступает на вход фильтрующей оптической структуры 3. Брэгговская решетка в конструкции фильтра является полосно-пропускающим оптическим фильтром, который имеет характеристику передачи близкую к прямоугольной. Далее оптический сигнал, прошедший через микроволновод, переизлучается в кольцевой резонатор, который изготовлен таким образом, чтобы в полосе пропускания Брэгговской решетки укладывалось три резонансных пика. Длина волны центрального резонанса выбирается равной центральной длине волны полосы пропускания Брэгговской решетки. Излучение перестраиваемого лазера, модулируемого СВЧ-сигналом, настраивается на центральную длину волны полосы пропускания Брэгговской решетки. При совпадении частоты модуляции с областью свободной дисперсии резонатора на фотодетекторе 4 наблюдается СВЧ сигнал.
Брэгговские решетки в составе интегральной фильтрующей оптической структуры выполнены из четного числа секций пространственно-периодических структур, образованных периодическим изменением ширины интегрального микроволновода прямоугольного поперечного сечения, разделенных между собой линиями задержки. В результате такой конструкции в полосе заграждения обусловленной брэгговскими резонансами образуется полоса пропускания близкая к прямоугольной. При этом период изменения ширины интегрального микроволновода должен быть кратен половине длинны волны оптического излучения в структуре, а длины, образованные периодическим изменением ширины интегрального микроволновода, должны быть кратны четвертьволновой нагрузке и подчиняться выражениям длина линий задержки между Брэгговскими решетками соответствует где n и m - произвольные целые числа, определяемые требуемыми характеристиками фильтрации (шириной полосы пропускания и заграждения, подавления в полосе заграждения и другими), λ1 и λ2 - длина волны в первом и втором участке периодической структуры на центральной частоте полосы пропускания фильтра. Важным условием обеспечения формы полосы фильтрации близкой к прямоугольной является условие L1=Lq, где Li - протяженность участка пространственно-периодической структуры, k - число периодов в структуре L1, q - количество пространственно-периодических структур в составе Брэгговской решетки.
В качестве примера конкретной реализации предлагается следующая конструкция. Оптические микроволноводы выполнены из кремния толщиной 250 нм, который осажден на оксид кремния, выращенный на подожке из кремния. В качестве покровного слоя микроволноводов также используется оксид кремния. Как верхний, так и нижний оксид кремния имеют толщину 3,5 мкм. Брэгговская решетка выполнена из шести секций пространственно-периодических структур. Ширины волноводов в пространственно-периодической структуре равны w1=450 нм и w2=500 нм, а их длины k=48. Радиус кольцевого кольцевого резонатора (R) равен 1,950063 мм, а ширина микроволновода 450 нм. На фиг. 2 показано схематическое изображение топологии шестисекционного радиофотонного интегрального фильтра. На фиг. 3 показана характеристика передачи Брэгговской решетки, входящей в конструкцию фильтра. На фиг. 4 показана характеристика передачи кольцевого резонатора с областью свободной дисперсии 10 ГГц, входящего в конструкцию фильтра. На фиг. 5 показана характеристика передачи интегральной оптической структуры с центральной длиной волны равной 1,55 мкм. На фиг. 6 приведена относительная характеристика передачи радиофотонного фильтра на частоту фильтрации 10 ГГц и полосой фильтрации 0,3 ГГц.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером, который, хотя и не является единственно возможным, наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
В конструктивных вариантах с целью расширения функциональных возможностей заявленная полезная модель может быть выполнена в виде отдельного устройства, в виде интегральных оптических модулей в волоконно-оптических телекоммуникационных системах и системах связи, а также в оптических компьютерных системах. Также следует отметить, что путем подбора геометрии интегральной конструкции возможна реализация фильтрации СВЧ-сигнала частотой от единиц гигагерц до десятков терагерц.
Claims (1)
- Радиофотонный фильтр, содержащий последовательно соединенные монохроматический оптический лазер, модулятор, к которому подводится модулирующий СВЧ-сигнал, интегральную фильтрующую оптическую структуру на основе микроволноводов прямоугольного поперечного сечения и фотодетектора, отличающийся тем, что интегральная фильтрующая оптическая структура состоит из Брэгговской решетки, выполненной из четного числа секций пространственно-периодических структур, образованных периодическим изменением ширины интегрального микроволновода прямоугольного поперечного сечения, разделенных между собой линиями задержки, и следующим за ней кольцевым резонатором, изготовленным таким образом, чтобы в полосе фильтрации Брэгговской решетки укладывалось три резонансных пика с длиной волны центрального резонанса, равной центральной длине волны полосы пропускания Брэгговской решетки, и фотодетектора, а в качестве модулятора использован амплитудный модулятор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019109282U RU192862U1 (ru) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Радиофотонный фильтр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019109282U RU192862U1 (ru) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Радиофотонный фильтр |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU192862U1 true RU192862U1 (ru) | 2019-10-03 |
Family
ID=68162610
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019109282U RU192862U1 (ru) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Радиофотонный фильтр |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU192862U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090323734A1 (en) * | 2004-12-16 | 2009-12-31 | Vectronix Ag | Not temperature stabilized pulsed laser diode and all fibre power amplifier |
US8577430B1 (en) * | 2012-07-05 | 2013-11-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Number resolving superconducting nanowire photon detector on multiple surfaces of a substrate |
RU186801U1 (ru) * | 2018-09-24 | 2019-02-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Радиофотонный СВЧ фильтр |
-
2019
- 2019-03-29 RU RU2019109282U patent/RU192862U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090323734A1 (en) * | 2004-12-16 | 2009-12-31 | Vectronix Ag | Not temperature stabilized pulsed laser diode and all fibre power amplifier |
RU2450399C2 (ru) * | 2004-12-16 | 2012-05-10 | Фектроникс Аг | Способ генерации выходного лазерного света с требуемой характеристикой, лазерная система и транспортное средство, имеющее лазерную систему |
US8577430B1 (en) * | 2012-07-05 | 2013-11-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Number resolving superconducting nanowire photon detector on multiple surfaces of a substrate |
RU186801U1 (ru) * | 2018-09-24 | 2019-02-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Радиофотонный СВЧ фильтр |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Madsen | Efficient architectures for exactly realizing optical filters with optimum bandpass designs | |
Schwelb | Transmission, group delay, and dispersion in single-ring optical resonators and add/drop filters-a tutorial overview | |
US7292751B2 (en) | Optical coupled-resonator filters with asymmetric coupling | |
US6839482B2 (en) | Tunable optical filtering device and method | |
CN113031163B (zh) | 光滤波器结构和光滤波器 | |
EP2228680A1 (en) | Photonic tunable filter and corresponding method of filtering electrical signals | |
Ahmed et al. | Efficient design optimization of ring resonator-based optical filters | |
CN113031162B (zh) | 光学滤波器 | |
CN110927884B (zh) | 集成化高滚降光滤波器 | |
CN110927885B (zh) | 基于微盘谐振器的窄带光滤波器 | |
CN111736368B (zh) | 一种基于光纤光栅的可重构微波光子滤波器 | |
CN110908146A (zh) | 一种硅基集成可调谐带通滤波器 | |
Cheng et al. | Fully tailorable integrated-optic resonators based on chirped waveguide Moiré gratings | |
CN113466998B (zh) | 一种可调谐光滤波器及应用其的光通信设备 | |
CN110596819B (zh) | 基于微环谐振器的窄带光滤波器 | |
Haldar et al. | Theory and design of off-axis microring resonators for high-density on-chip photonic applications | |
US20050068602A1 (en) | Optical add-filtering switching device | |
RU192862U1 (ru) | Радиофотонный фильтр | |
RU186801U1 (ru) | Радиофотонный СВЧ фильтр | |
US20040184139A1 (en) | Wavelength conversion device | |
CN110824730A (zh) | 窄带光滤波器 | |
CN110673266B (zh) | 基于高阶微环谐振器的窄带光滤波器 | |
CN110850527B (zh) | 集成化光滤波器 | |
Velamuri et al. | Integrated Photonic Microring Resonators for FSR Dependent Microwave Bandpass Filters | |
Rasras et al. | Tunable narrowband optical filter in CMOS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20210330 |