基于受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術的高帶寬微波光子濾波器的制造方法
【專利摘要】一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器，屬于微波光子學【技術領域】。由激光器、耦合器、第一相位調(diào)制器、光隔離器、矢量網(wǎng)絡分析儀、高非線性光纖、強度調(diào)制器、光濾波器、第二相位調(diào)制器、脈沖碼型發(fā)生器、摻鉺光纖放大器、光環(huán)形器和光電探測器組成；本發(fā)明通過二進制相移鍵控調(diào)制技術展寬泵浦信號的帶寬，展寬的泵浦信號就會產(chǎn)生展寬的受激布里淵增益譜，從而得到帶寬展寬且?guī)捒烧{(diào)的單通帶響應的微波光子濾波器系統(tǒng)。
【專利說明】基于受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術的高帶寬微波光子濾波器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微波光子學【技術領域】，具體涉及一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器。
【背景技術】
[0002]微波光子濾波器可以在光域直接處理微波和毫米波信號，它具有光子技術固有的大帶寬，低損耗和抗電磁干擾的優(yōu)勢。而且微波光子濾波器具有靈活的可重構(gòu)和可調(diào)諧性，這對于傳統(tǒng)的電子技術是幾乎不可能實現(xiàn)的。
[0003]微波光子濾波器的實現(xiàn)方法有很多，其中，負系數(shù)濾波器被用于消除基帶諧振實現(xiàn)帶通響應；復系數(shù)濾波器用于保證濾波器調(diào)諧過程中的頻率響應特性不發(fā)生變化；單通帶濾波器可以克服濾波器的周期響應特性從而減少其他頻帶帶來的串擾?；谑芗げ祭餃Y散射效應的微波光子濾波器由于具有單通帶且有較高的帶外抑制比，而被廣泛的研究，但這種濾波器的輸出響應與受激布里淵增益(或損耗)譜有關，而受激布里淵增益(或損耗)的帶寬通常較窄，所以這種濾波器的通帶較窄，不適合于高速率的通信系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬的微波光子濾波器。
[0005]本發(fā)明所述的高帶寬微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由激光器、耦合器、第一相位調(diào)制器、光隔離器、矢量網(wǎng)絡分析儀、高非線性光纖、強度調(diào)制器、光濾波器、第二相位調(diào)制器、脈沖碼型發(fā)生器、摻鉺光纖放大器、光環(huán)形器和光電探測器組成。
·[0006]激光器輸出頻率為f。的單頻光信號(圖2 (I))經(jīng)耦合器一分為二，其中上支路的光信號作為光載波被送到第一相位調(diào)制器中，由矢量網(wǎng)絡分析儀掃頻輸出的一系列待濾波的小幅微波信號通過第一相位調(diào)制器加載到光載波上，經(jīng)第一相位調(diào)制器后輸出的相位相反、強度相等的一系列一階上邊帶和下邊帶信號(圖2 (2)表示其中頻率為fm的信號調(diào)制后的頻譜)經(jīng)光隔離器進入到高非線性光纖中；
[0007]下支路的光信號(圖2 (3))首先經(jīng)過強度調(diào)制器被頻率為&的小幅微波信號調(diào)制，在小幅信號fo調(diào)制下，除了一階上下邊帶和載波，其余邊帶被忽略掉(圖2(4))。然后調(diào)制產(chǎn)生的一階邊帶和載波進入光濾波器，將一階下邊帶和載波濾掉僅留下一階上邊帶f。+^(圖2 (5))，此上邊帶信號接著被輸入到第二相位調(diào)制器中。脈沖碼型發(fā)生器產(chǎn)生速率為B并且概率相等的1，-1脈沖序列作為第二相位調(diào)制器的電信號輸入，從而對光濾波器的輸出信號進行二進制相移鍵控調(diào)制，經(jīng)過二進制相移鍵控調(diào)制后，頻率為的一階上邊帶信號的頻譜得到展寬(圖2 (7)，圖2 (6)為受激布里淵散射固有的增益譜)，然后通過摻鉺光纖放大器再經(jīng)過環(huán)形器的2端口輸入并由I端口輸出進入到高非線性光纖中，作為高非線性光纖受激布里淵散射的泵浦信號。第一相位調(diào)制器輸出的信號和泵浦信號在高非線性光纖中相互作用，發(fā)生受激布里淵散射后，通過環(huán)形器的I端口輸入，從環(huán)形器的3端口輸出，然后通過光電探測器進行光電轉(zhuǎn)換后送入矢量網(wǎng)絡分析儀，由矢量網(wǎng)絡分析儀對其測試圖2 (8)。
[0008]對于一個基本的相位調(diào)制鏈路，如果采用平方率檢波的方式，不能探測到任何頻率的信號。本發(fā)明將第一相位調(diào)制器輸出信號輸入到高非線性光纖中，基于受激布里淵散射效應,得到一個單通帶響應的濾波器系統(tǒng)。[0009]激光器輸出頻率為f。的光信號作為光載波；由網(wǎng)絡分析儀輸出的一系列待濾波的小幅微波掃頻信號通過第一相位調(diào)制器加載到光載波上，經(jīng)第一相位調(diào)制器后輸出的相位相反、強度相等的一系列一階上邊帶和下邊帶信號經(jīng)光隔離器進入到高非線性光纖中；在網(wǎng)絡分析儀輸出的一系列信號中，其中頻率為fm的微波信號經(jīng)第一相位調(diào)制器后輸出的一階上邊帶信號的頻率為f；+fm，一階下邊帶信號的頻率為f>fm。經(jīng)過二進制相移鍵控調(diào)制輸出的頻譜被展寬的中心頻率為4+fo的泵浦信號經(jīng)環(huán)形器輸入到高非線性光纖，作為高非線性光纖受激布里淵散射的泵浦光。
[0010]當4=4-? (fB為高非線性光纖受激布里淵頻移量)時，4信號經(jīng)第一相位調(diào)制器后輸出的一階上邊帶信號f Jfm將被增強，因此上邊帶f Jfm和下邊帶f;-fm的強度不再相等，就可以探測得到頻率為fm=fcrfB的微波信號；由于該濾波器通帶是通過映射受激布里淵散射效應產(chǎn)生的增益譜而得到的，所以通過對該增益譜進行展寬處理就可以得到通帶帶寬可調(diào)的濾波器系統(tǒng)。濾波器帶寬展寬的頻譜處理如圖2所示，它是通過對這個邊帶進行二進制相移鍵控調(diào)制得到展寬的泵浦信號，這個展寬的泵浦信號就會產(chǎn)生展寬的布里淵增益譜，從而使濾波器帶寬變寬。通過調(diào)整強度調(diào)制器的輸入微波信號的頻率4，則濾波器輸出信號的中心頻率將發(fā)生變化，從而實現(xiàn)微波光子濾波器輸出的頻率在一定范圍內(nèi)可以調(diào)諧。
[0011]本發(fā)明選用波長為1550nm的激光器作載波光源，第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器工作的光波長為1525nm~1605nm，帶寬為32GHz ;網(wǎng)絡分析儀的頻率范圍為50M~40GHz ;光電探測器探測帶寬為35GHz ;高非線性光纖的受激布里淵增益線寬為gammaΒ=30ΜΗζ，布里淵頻移量fB=10GHz，長度為1000米，增益和損耗峰值為5dB ;光隔離器的隔離度大于40dB ;強度調(diào)制器的帶寬為30GHz ;光濾波器的波長調(diào)諧范圍為1548nm~1552nm，線寬小于IOGHz ;摻鉺光纖放大器的波長范圍為1530~1560nm，放大倍數(shù)OdB~40dB ;脈沖碼型發(fā)生器的頻率范圍為15MHz~3.35GHzο
[0012]設定脈沖碼型發(fā)生器輸出概率相等的1，_1序列，脈沖的速率從OGb/s到3Gb/s變化，可以得到不同帶寬的增益譜，隨著脈沖速率的增加，濾波器帶寬逐漸增大?？墒牵S著帶寬的增加，布里淵增益峰值減小，會導致濾波器帶外抑制比減小。為了保證增益峰值不變從而保證高的帶外抑制比，在譜展寬的過程中需要利用摻鉺光纖放大器逐漸增大泵浦光的光功率。
[0013]本發(fā)明通過二進制相移鍵控調(diào)制技術展寬泵浦信號的帶寬，展寬的泵浦信號就會產(chǎn)生展寬的受激布里淵增益譜，從而得到帶寬展寬且?guī)捒烧{(diào)的單通帶響應的微波光子濾波器系統(tǒng)。普通的微波光子濾波器的帶寬是受激布里淵散射效應的譜寬，本發(fā)明采用二進制相移鍵控技術展寬泵浦信號之后，得到的微波光子濾波器的帶寬可以從10.98MHz到2GHz，并且?guī)捒梢哉{(diào)諧?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0014]圖1:高帶寬微波光子濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2:高帶寬微波光子濾波器的頻譜展寬處理過程示意圖；
[0016]圖3:不同調(diào)制速率時受激布里淵增益譜；
[0017]圖4:保證 增益峰值不變時不同調(diào)制速率時受激布里淵增益譜；
[0018]圖5:濾波器的輸出頻譜隨調(diào)制速率變化曲線；
[0019]圖6:濾波器的帶寬隨調(diào)制速率變化曲線；
[0020]圖7:通帶中心頻率為5GHz的不同帶寬的濾波器響應曲線。
【具體實施方式】
[0021]實施例1:
[0022]選用Santec公司的TSL-510可調(diào)激光器作載波光源，設定波長為1550nm (對應頻率為fc=193.41THz)，分路器(型號為ZG-A201)的分光比為I:1 ;第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器為Photline公司的MPZ-LN-40，帶寬為32GHz ;網(wǎng)絡分析儀為安捷倫的8722ES矢量網(wǎng)絡分析儀，頻率范圍為50M-40GHZ ;光電探測器為泰克公司的SD-48，帶寬為35GHz ;長飛光纖光纜有限公司的高非線性光纖，布里淵增益線寬為GammaΒ=30ΜΗζ，布里淵頻移fB=10GHz，長度為1000米，增益和損耗峰值為5dB ;光隔離器的隔離度大于40dB ;強度調(diào)制器為Photline公司的MXAN-LN-40，帶寬為32GHz ；Santec公司的可調(diào)諧光濾波器，型號為0TF-950，波長調(diào)諧范圍為1548nm到1552nm，線寬小于IOGHz ;中興通訊有限公司的摻鉺光纖放大器，波長范圍為1530~1560nm，放大倍數(shù)OdB~40dB ;安捷倫公司的脈沖碼型發(fā)生器，型號為81134A，頻率范圍為15MHz~3.35GHz。
[0023]按圖1連接好相應的儀器設備，激光器的波長設定為1550nm，網(wǎng)絡分析儀輸出頻率范圍為50MHz~40GHz的微波信號通過第一相位調(diào)制器加載到光載波上，第一相位調(diào)制器輸出的信號通過光隔離器后進入到高非線性光纖中。在另一支路，激光器輸出的1550nm的光信號首先進入到強度調(diào)制器中，被頻率為f^KGHz的微波信號調(diào)制，強度調(diào)制器的輸出經(jīng)光濾波器將頻率為f。的載波和頻率為f。-^ 一階下邊帶濾掉，光濾波器的輸出僅剩一階上邊帶，其頻率為頻率為的信號送入到第二相位調(diào)制器中，被脈沖碼型發(fā)生器輸出的信號進行二進制相移鍵控調(diào)制，脈沖碼型發(fā)生器輸出概率相等的1，-1序列，脈沖速率分別設定為 OGb/s,0.lGb/s、0.2Gb/s、0.3Gb/s、0.5Gb/s、lGb/s 和 3Gb/s，經(jīng)調(diào)制后得到頻譜展寬的泵浦信號，然后送入摻鉺光纖放大器放大，通過摻鉺光纖放大器放大的信號通過環(huán)形器的2端口輸入并由I端口輸出進入到高非線性光纖，在高非線性光纖中，第一相位調(diào)制器輸出的信號和摻鉺光纖放大器輸出的展寬的泵浦信號相互作用，發(fā)生受激布里淵散射效應，與泵浦信號f。+^的頻率間隔為fB的信號將被增強，因此將會被濾波輸出。由于泵浦信號是以t+fo為中心頻率，具有一定頻帶寬度的信號，因此對應濾波器的輸出頻譜也具有一定的寬度。圖3給出了鏈路中摻鉺光纖放大器的放大倍數(shù)保持25dB時，脈沖碼型發(fā)生器輸出信號的速率與布里淵增益譜展寬情況之間的關系，從圖3中可以看出隨著脈沖速率的增加，受激布里淵增益譜的帶寬將會增加?？墒牵S著帶寬的增加，布里淵增益峰值減小，會導致帶外抑制比的減小，所以在譜展寬的過程中要逐漸增大泵浦光的功率，以保證增益峰值不變從而保證高的帶外抑制比。圖4給出了當調(diào)制速率分別為0Gb/s、0.1Gb/s、0.2Gb/s、0.3Gb/s、0.5Gb/s、lGb/s和3Gb/s時，摻鉺光纖放大器的放大倍數(shù)對應設置為25dB、25.67dB、28dB、29.4dB、31.3dB、34.21dB 和 38.87dB,即保證增益峰值不變時的受激布里淵增益譜。圖5給出了在保證增益峰值不變的情況下，調(diào)制信號速率變化時濾波器的輸出頻譜。圖6為濾波器的帶寬隨調(diào)制速率變化的曲線，可以看出，隨著調(diào)制速率增加，濾波器的帶寬線性增加，當調(diào)制速率分別為0Gb/s、0.lGb/s、0.2Gb/s、0.3Gb/s、0.5Gb/s、lGb/s 和 3Gb/s 時，對應濾波器通帶的帶寬分別為 10.98MHz、46MHz、86MHz、128MHz、210MHz、414MHz和1235MHz。由于fQ的頻率為15GHz，所以頻率為fQ-fB=5GHZ的信號將被濾波輸出，不同帶寬情況下的濾波器響應見圖7，圖7中可以看出在25GHz時還有一個通帶輸出，這是因為受激布里淵散射的頻移量為IOGHz，泵浦信號將在頻率為5GHz和25GHz分別產(chǎn)生增益和損耗區(qū)。從而實現(xiàn)濾波器的頻率調(diào)諧范圍為20GHz，對應不同的調(diào)制速率0Gb/s、0.1Gb/
S、0.2Gb/s、0.3Gb/s、0.5Gb/s、lGb/s 和 3Gb/s 時，對應濾波器通帶的帶寬分別為 10.98MHz、46MHz、86MHz、128MHz、210MHz、414MHz 和 1235MHz。
【權利要求】
1.一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器，其特征在于:由激光器、耦合器、第一相位調(diào)制器、光隔離器、矢量網(wǎng)絡分析儀、高非線性光纖、強度調(diào)制器、光濾波器、第二相位調(diào)制器、脈沖碼型發(fā)生器、摻鉺光纖放大器、光環(huán)形器和光電探測器組成； 激光器輸出頻率為f。的單頻光信號經(jīng)耦合器一分為二，其中上支路的光信號作為光載波被送到第一相位調(diào)制器中，由矢量網(wǎng)絡分析儀掃頻輸出的一系列待濾波的小幅微波信號通過第一相位調(diào)制器加載到光載波上，經(jīng)第一相位調(diào)制器后輸出的相位相反、強度相等的一系列一階上邊帶和下邊帶信號經(jīng)光隔離器進入到高非線性光纖中； 下支路的光信號首先經(jīng)過強度調(diào)制器被頻率為fo的小幅微波信號調(diào)制，在小幅信號fo調(diào)制下，除了一階上下邊帶和載波，其余邊帶被忽略掉；然后調(diào)制產(chǎn)生的一階上下邊帶和載波進入光濾波器，將一階下邊帶和載波濾掉僅留下一階上邊帶fe+fo，此一階上邊帶信號接著被輸入到第二相位調(diào)制器中； 脈沖碼型發(fā)生器產(chǎn)生速率為B并且概率相等的1，-1脈沖序列作為第二相位調(diào)制器的電信號輸入，從而對光濾波器的輸出信號進行二進制相移鍵控調(diào)制，經(jīng)過二進制相移鍵控調(diào)制后，頻率為t+fo的一階上邊帶信號的頻譜得到展寬，然后通過摻鉺光纖放大器再經(jīng)過環(huán)形器的2端口輸入并由1端口輸出進入到高非線性光纖中，作為高非線性光纖受激布里淵散射的泵浦信號； 第一相位調(diào)制器輸出的信號和泵浦信號在高非線性光纖中相互作用，發(fā)生受激布里淵散射后，通過環(huán)形器的I端口輸入，從環(huán)形器的3端口輸出，然后通過光電探測器進行光電轉(zhuǎn)換后送入矢量網(wǎng)絡分析儀，由矢量網(wǎng)絡分析儀對其測試； 通過二進制相移鍵控調(diào)制技術展寬泵浦信號的帶寬，展寬的泵浦信號產(chǎn)生展寬的受激布里淵增益譜，從而得到帶寬展寬且?guī)捒烧{(diào)的單通帶響應的微波光子濾波器系統(tǒng)。
2.如權利要求1所述的一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器，其特征在于:選用波長為1550nm的激光器作載波光源。
3.如權利要求1所述的一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器，其特征在于:第一相位調(diào)制器和第二相位調(diào)制器工作的光波長為1525nm~1605nm，帶寬為32GHz。
4.如權利要求1所述的一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器，其特征在于:網(wǎng)絡分析儀的頻率范圍為50M~40GHz ο
5.如權利要求1所述的一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器，其特征在于:光電探測器探測帶寬為35GHz。
6.如權利要求1所述的一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器，其特征在于:高非線性光纖的受激布里淵增益線寬為rΒ=30ΜΗz，布里淵頻移量fB=10GHz，長度為1000米，增益和損耗峰值為5dB。
7.如權利要求1所述的一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器，其特征在于:光隔離器的隔離度大于40dB，強度調(diào)制器的帶寬為30GHz。
8.如權利要求1所述的一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器，其特征在于:光濾波器的波長調(diào)諧范圍為1548nm~1552nm，線寬小于 IOGHz。
9.如權利要求1所述的一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應和二進制相移鍵控技術實現(xiàn)的高帶寬微波光子濾波器，其特征在于:摻鉺光纖放大器的波長范圍為1530~1560nm，放大倍數(shù) OdB~40dB ;脈沖碼型發(fā)生器的頻率范圍為15MHz~3.35GHz。
【文檔編號】G02F1/365GK103676399SQ201310694669
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】董瑋, 肖永川, 陳維友, 張歆東, 劉彩霞, 阮圣平, 周敬然, 郭文濱, 沈亮, 溫善鵬 申請人:吉林大學