本發(fā)明屬于微波光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于受激布里淵散射效應(yīng)、相位調(diào)制和光學(xué)濾波的用于超寬帶(UWB)信號(hào)的可調(diào)諧微波光子陷波濾波器。

背景技術(shù)：

2002年，美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)批準(zhǔn)了超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)技術(shù)在短距無(wú)線通信領(lǐng)域的應(yīng)用，將3.1GHz到10.6GHz這一頻段開(kāi)放出來(lái)作為商用。由于超寬帶信號(hào)具有多徑分辨能力強(qiáng)、傳輸速率高、功耗低、靈活性和機(jī)動(dòng)性較好等優(yōu)點(diǎn)，因此在傳感器網(wǎng)絡(luò)、短距離高速率無(wú)線通信和雷達(dá)等系統(tǒng)中得到了大量關(guān)注。在超寬帶信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)定義中，其功率譜密度較低，因而通信距離受限，一般在幾米到幾十米的范圍內(nèi)。光載超寬帶技術(shù)利用大帶寬、損耗低以及成本低的光纖來(lái)提高超寬帶脈沖信號(hào)的覆蓋范圍，對(duì)于超寬帶無(wú)線通信覆蓋范圍的進(jìn)一步提高起到了關(guān)鍵的作用。

在超寬帶信號(hào)的頻帶范圍3.1GHz到10.6GHz內(nèi)，由于存在無(wú)線局域網(wǎng)WLAN(5.725GHz-5.850GHz)、Wimax(3.4GHz-3.6GHz)和衛(wèi)星通行(8GHz)等已經(jīng)被使用的頻段，為了消除這些無(wú)線通信系統(tǒng)之間的干擾，需要設(shè)計(jì)具有陷波特性的濾波器。目前，用于超寬帶信號(hào)的陷波濾波器主要是電學(xué)濾波器，通常采用多模諧振器法、共面波導(dǎo)法、優(yōu)化短截線法以及低通高通濾波器結(jié)合法等，但是電學(xué)濾波器普遍存在的問(wèn)題是重構(gòu)能力和調(diào)諧能力差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于受激布里淵散射效應(yīng)、相位調(diào)制和光學(xué)濾波的用于超寬帶信號(hào)的可調(diào)諧微波光子陷波濾波器。

本發(fā)明所述的用于超寬帶信號(hào)的可調(diào)諧微波光子陷波濾波器結(jié)構(gòu)如圖1所示，由激光器，第一光耦合器，相位調(diào)制器，第一可調(diào)諧光濾波器，高非線性光纖，第一微波信號(hào)源，第一強(qiáng)度調(diào)制器，第二可調(diào)諧光濾波器，第二微波信號(hào)源，第二強(qiáng)度調(diào)制器，第三可調(diào)諧光濾波器，第二光耦合器，光環(huán)行器，光電探測(cè)器和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀組成。

激光器發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)第一光耦合器被分成三個(gè)支路，即第一支路101、第二支路201和第三支路301；第一支路101中的光信號(hào)經(jīng)相位調(diào)制器被網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的信號(hào)調(diào)制后送入第一可調(diào)諧光濾波器，經(jīng)第一可調(diào)諧光濾波器濾波后進(jìn)入高非線性光纖中，作為受激布里淵散射效應(yīng)的探測(cè)光；第二支路201中的光信號(hào)經(jīng)第一強(qiáng)度調(diào)制器被第一微波信號(hào)源輸出的微波信號(hào)調(diào)制后送入到第二可調(diào)諧光濾波器中，被第二可調(diào)諧光濾波器濾出調(diào)制之后的上邊帶信號(hào)；第三支路301中的光信號(hào)經(jīng)第二強(qiáng)度調(diào)制器被第二微波信號(hào)源輸出的微波信號(hào)調(diào)制后送入到第三可調(diào)諧光濾波器中，被第三可調(diào)諧光濾波器濾出調(diào)制之后的上邊帶信號(hào)；第二可調(diào)諧光濾波器和第三可調(diào)諧光濾波器的輸出信號(hào)經(jīng)第二光耦合器之后進(jìn)入到光環(huán)形器的1端口，然后由光環(huán)形器的2端口進(jìn)入到高非線性光纖中，作為受激布里淵散射效應(yīng)的泵浦光，此泵浦光和第一可調(diào)諧光濾波器輸出的探測(cè)光發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)，經(jīng)受激布里淵散射效應(yīng)處理的探測(cè)光信號(hào)再由光環(huán)形器的2端口輸入，然后由光環(huán)形器的3端口輸出，經(jīng)光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換之后輸入到網(wǎng)絡(luò)分析儀中，從而由網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試出本發(fā)明所述濾波器的頻率響應(yīng)。

激光器輸出頻率為f_c的光信號(hào)(連續(xù)光)，經(jīng)第一光耦合器平均分成三個(gè)支路，第一支路101的光信號(hào)送入到相位調(diào)制器中作為光載波，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的具有一定頻帶寬度的待濾波的小幅微波信號(hào)通過(guò)相位調(diào)制器加載到光載波上，經(jīng)相位調(diào)制器后輸出相位相反、強(qiáng)度相等的一系列一階上邊帶和下邊帶信號(hào)(圖2(1))，相位調(diào)制器輸出的信號(hào)進(jìn)入到第一光濾波器濾波，第一可調(diào)諧光濾波器的中心頻率設(shè)置為f_c+3.75GHz，帶寬設(shè)為13.7GHz，如圖2(2)，經(jīng)第一可調(diào)諧光濾波器濾波之后的信號(hào)(圖2(3))進(jìn)入到高非線性光纖中作為受激布里淵散射效應(yīng)的探測(cè)光。

第二支路201的光信號(hào)送入到第一強(qiáng)度調(diào)制器中作為光載波信號(hào)，然后通過(guò)第一強(qiáng)度調(diào)制器被第一微波信號(hào)源輸出的頻率為f₁的微波信號(hào)調(diào)制，調(diào)制后輸出的雙邊帶信號(hào)經(jīng)第二可調(diào)諧光濾波器后得到下邊帶信號(hào)f_c-f₁(圖2(4))；第三支路301的光信號(hào)送入到第二強(qiáng)度調(diào)制器中作為光載波信號(hào)，然后通過(guò)第二強(qiáng)度調(diào)制器被第二微波信號(hào)源輸出的頻率為f₂微波信號(hào)調(diào)制，調(diào)制后輸出的雙邊帶信號(hào)經(jīng)第三可調(diào)諧光濾波器后得到下邊帶信號(hào)f_c-f₂(圖2(5))。

下邊帶信號(hào)f_c-f₁和f_c-f₂經(jīng)第二光耦合器耦合后進(jìn)入到光環(huán)形器的1端口，然后由光環(huán)形器的2端口進(jìn)入到高非線性光纖中，作為受激布里淵散射效應(yīng)的泵浦光，頻率為f_c-f₁的泵浦光信號(hào)在頻率為f_c-f₁+f_B(f_B為布里淵頻移量，一般取f_B＝10GHz)的頻率處產(chǎn)生損耗譜，頻率為f_c-f₂的泵浦光信號(hào)在頻率為f_c-f₂+f_B的頻率處產(chǎn)生損耗譜(圖2(6))；

經(jīng)受激布里淵散射效應(yīng)處理的探測(cè)光信號(hào)再由光環(huán)形器的2端口輸入，然后由光環(huán)形器的3端口輸出，經(jīng)光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換之后輸入到網(wǎng)絡(luò)分析儀中，由于相位調(diào)制器輸出的一階上、下邊帶信號(hào)的強(qiáng)度相等且相位相反，而第一可調(diào)諧光濾波器的中心頻率設(shè)置為f_c+3.75GHz，帶寬為13.7GHz，因此網(wǎng)絡(luò)分析儀上顯示3dB帶寬從3.1GHz到10.6GHz的通帶響應(yīng)，又因?yàn)槭芗げ祭餃Y散射效應(yīng)，因此會(huì)產(chǎn)生中心頻率為f_B-f₁和f_B-f₂的兩個(gè)陷波(圖2(7))。

通過(guò)改變第一微波信號(hào)源和第二微波信號(hào)源的頻率，可以改變泵浦信號(hào)f_c-f₁和f_c-f₂的頻率，從而實(shí)現(xiàn)陷波中心頻率的調(diào)節(jié)；通過(guò)增加泵浦光的支路的數(shù)量可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)陷波的超寬帶濾波。

本發(fā)明選用波長(zhǎng)為1550nm(對(duì)應(yīng)頻率為f_c＝193.414THz)的激光器作載波光源，相位調(diào)制器的光波長(zhǎng)為1525nm～1605nm，帶寬為32GHz；網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率范圍為40MHz～20GHz；光電探測(cè)器探測(cè)帶寬為20GHz；高非線性光纖的受激布里淵增益線寬為Γ_B＝30MHz，布里淵頻移量f_B＝10GHz，光纖長(zhǎng)度為1000米，增益和損耗峰值為5；第一強(qiáng)度調(diào)制器和第二強(qiáng)度調(diào)制器的帶寬為20GHz；第一微波信號(hào)源和第二微波信號(hào)源的輸出頻率范圍為100kHz～20GHz；第一可調(diào)諧光濾波器、第二可調(diào)諧光濾波器和第三可調(diào)諧光濾波器的波長(zhǎng)范圍為1480～1620nm，帶寬可調(diào)范圍為4～80GHz，邊緣陡峭度為800dB/nm。

設(shè)定第一可調(diào)諧光濾波器的中心頻率為197.164GHz、帶寬為13.7GHz，第二可調(diào)諧光濾波器的中心頻率為186.914GHz、帶寬為4GHz，第三可調(diào)諧光濾波器的中心頻率為189.2015GHz、帶寬為4GHz，第一微波信號(hào)源的頻率為6.5GHz，第二微波信號(hào)源的頻率為4.2125GHz，則會(huì)產(chǎn)生頻率從3.1GHz到10.6GHz的通帶，此通帶為超寬帶信號(hào)的頻率范圍，并在中心頻率為3.5GHz和5.7875GHz處產(chǎn)生兩個(gè)陷波。

本發(fā)明所述的微波光子陷波濾波器的特點(diǎn)：

(1)通過(guò)受激布里淵散射效應(yīng)、相位調(diào)制和光學(xué)濾波相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)用于超寬帶信號(hào)的可調(diào)諧微波光子陷波濾波器。

(2)通過(guò)改變泵浦光信號(hào)的數(shù)量，可以改變陷波的個(gè)數(shù)。

(3)通過(guò)改變泵浦光的頻率，可以實(shí)現(xiàn)陷波中心頻率的調(diào)諧。

附圖說(shuō)明

圖1：具有陷波功能的超寬帶微波光子濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：超寬帶微波光子陷波濾波器頻譜處理示意圖；

圖3：超寬帶微波光子陷波濾波器響應(yīng)曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

激光器為Santec公司的TSL-510可調(diào)激光器，激光器的波長(zhǎng)設(shè)定為1550nm(對(duì)應(yīng)頻率為f_c＝193.414THz)；第一相位調(diào)制器為Photline公司的MPZ-LN-40，其帶寬為32GHz；網(wǎng)絡(luò)分析儀為安捷倫的8722ES矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，頻率范圍為40M-20GHz；泰克公司的光電探測(cè)器，帶寬為20GHz；長(zhǎng)飛光纖光纜有限公司的高非線性光纖，高非線性光纖的布里淵增益線寬為Γ_B＝30MHz，布里淵頻移f_B＝10GHz，光纖長(zhǎng)度為1000米，增益和損耗峰值為5；第一強(qiáng)度調(diào)制器和第二強(qiáng)度調(diào)制器為Photline公司的MXAN-LN-20，帶寬為20GHz；第一微波信號(hào)源和第二微波信號(hào)源為安捷倫公司的微波信號(hào)發(fā)生器E8257D，輸出頻率范圍為100kHz～20GHz；第一可調(diào)諧光濾波器、第二可調(diào)諧光濾波器和第三可調(diào)諧光濾波器為Yenista公司XTM-50Ultrafine，波長(zhǎng)范圍為1480～1620nm，帶寬可調(diào)范圍為4～80GHz，邊緣陡峭度為800dB/nm。

按圖1連接好相應(yīng)的儀器設(shè)備，第一激光器的頻率設(shè)定為f_c＝193.414THz，網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出頻率范圍為40MHz～20GHz的微波信號(hào)通過(guò)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(hào)經(jīng)過(guò)中心頻率為197.164GHz、帶寬為13.7GHz的第一可調(diào)諧光濾波器濾波之后，僅有頻率范圍為190.314GHz～204.014GHz內(nèi)的一階上、下邊帶被保留下來(lái)，此信號(hào)作為探測(cè)光進(jìn)入到高非線性光纖中。第一微波信號(hào)源輸出頻率為6.5GHz的微波信號(hào)，通過(guò)第一強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制第二支路201的光信號(hào)，調(diào)制后的雙邊帶信號(hào)進(jìn)入到第二可調(diào)諧光濾波器中，設(shè)置第二可調(diào)諧光濾波器的中心頻率為186.914GHz，帶寬為4GHz，即從第一強(qiáng)度調(diào)制器輸出的雙邊帶信號(hào)中選擇出頻率為186.914GHz的下邊帶信號(hào)。第二微波信號(hào)源輸出頻率為4.2125GHz的信號(hào)微波信號(hào)，通過(guò)第二強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制第三支路301的光信號(hào)，調(diào)制后的雙邊帶信號(hào)進(jìn)入到第三可調(diào)諧光濾波器中，設(shè)置第三可調(diào)諧光濾波器的中心頻率為189.2015GHz，帶寬為4GHz，即從第二強(qiáng)度調(diào)制器輸出的雙邊帶信號(hào)中選擇出頻率為189.2015GHz的下邊帶信號(hào)。第二可調(diào)諧光濾波器和第三可調(diào)諧光濾波器輸出的頻率為186.914GHz和189.2015GHz的信號(hào)經(jīng)第二光耦合器耦合后進(jìn)入到光環(huán)形器的1端口，然后由光環(huán)形器的2端口進(jìn)入到高非線性光纖中，作為受激布里淵散射效應(yīng)的泵浦光，頻率為186.914GHz的泵浦光信號(hào)在頻率為196.914GHz的頻率處產(chǎn)生損耗譜，頻率為189.2015GHz的泵浦光信號(hào)在頻率為199.2015GHz的頻率處產(chǎn)生損耗譜。由于相位調(diào)制器輸出的一階上、下邊帶信號(hào)的強(qiáng)度相等且相位相反，而光濾波器中心頻率設(shè)置為197.164GHz，帶寬為13.7GHz，因此網(wǎng)絡(luò)分析儀上顯示3dB帶寬從3.1GHz到10.6GHz的通帶響應(yīng)，并在中心頻率為3.5GHz和5.7875GHz處產(chǎn)生兩個(gè)陷波，見(jiàn)圖3。