[发明专利]宽带调谐高Q值单通带微波光子滤波器

说明书

技术领域

本发明属于大容量微波光子通信领域，特别是提供了基于相移光纤光栅有源腔的宽带调谐高Q值单通带微波光子滤波器装置，尤其涉及直接在光域对微波信号进行处理。

背景技术

随着未来宽带光网络与无线网络发展趋势和融合，高容量信息技术需求的高速发展，需要大力发展微波光子技术。微波光子技术集中了微波技术和光子技术的优点，使微波与光子在概念、器件、电路和系统有机结合。用光子方法可实现微波和毫米波的产生、传输、控制和处理。微波光子技术在光通信、无线通信、传感、生物、医学、军事和安全等领域都有广泛的应用前景，近三十年来微波光子技术已引起了世界各国的重视。

为满足下一代宽带泛在接入网络的国家重大需求，同时，基于射频(RF)、微波和毫米波的拓展技术都需要努力发展与之相适应的微波光子信号处理器件。

微波光子滤波器是微波光子信号处理技术所研究的重要内容。利用微波光子学的方法对微波信号进行处理不但克服了传统微波信号处理中的诸多电子瓶颈，而且具有抗电磁干扰能力强，通信带宽大，支持的采样频率高，结构简单，损耗小等优点。

品质因数Q(Quality Factor)是衡量微波光子滤波器的重要指标之一，用来表示滤波器的选频性能，定义为自由谱范围(FSR)与3dB带宽(△f_3dB)的比值，即Q=FSR/△f_3dB。如何获得高Q的微波光子滤波器是当前微波光子领域的研究热点之一。目前已经提出的实现高Q的滤波器的方案主要是基于有源无限冲击响应（IIR）滤波器。然而这些高Q滤波器由于采样过程造成信号在时域内是离散的，从而导致滤波器的传输函数在频率内是周期性的，FSR和相邻两路之间的延迟时间成倒数关系。在许多实际应用中产生非常小的FSR，有时低于GHz或者数百MHz，因而可利用的滤波器响应的FSR非常有限，在信道选择等应用中是一个非常严重的缺陷。虽然利用滤波器级联的方法也可以增加FSR，然而，利用这种方法所增加的FSR范围有限且增加了滤波器的复杂度。因而，为克服微波光子滤波器周期性响应和Q值不高的缺点，需要努力发展高Ｑ的单通带微波光子滤波器。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种宽带调谐高Q值单通带微波光子滤波器，具有高Q、单通带频率响应特性，且能够在宽频率范围内调谐。与现有的单通带滤波器相比，克服了单通带滤波器的Q值不高的问题，结合可调谐光源与宽频带的相移光纤光栅可实现滤波器的宽带调谐。其结构紧凑，具有单片集成的潜力。

技术方案：本发明的宽带调谐高Q值单通带微波光子滤波器为基于相移光纤

光栅的有源腔，该有源腔是线性腔或环形腔，在腔中置入光放大器；该光子滤波器包括可调谐光源、相位调制器、环行器、普通光纤光栅、光放大器、相移光纤光栅、光电探测器、耦合器；在线性腔中，可调谐光源、相位调制器、普通光纤光栅、光放大器、相移光纤光栅、光电探测器顺序连接构成微波光子滤波器。构成基于普通光纤光栅和相移光纤光栅有源线性腔并由相移光纤光栅一端输出的高Q单通带微波光子滤波器。

在所述的相位调制器、普通光纤光栅之间插入一个环行器，环行器的三个端

口分别接相位调制器、普通光纤光栅、光电探测器，构成基于普通光纤光栅和相移光纤光栅有源线性腔并由环行器的一端输出的高Q单通带微波光子滤波器。

所述有源腔是环形腔时，可调谐光源、相位调制器、耦合器、光电探测器顺

序连接，环行器、光放大器、耦合器顺序连接，相移光纤光栅接在环行器的一个端上，环行器的三个端口分别接光放大器、相移光纤光栅、耦合器，构成基于相移光纤光栅有源环行腔的高Q单通带微波光子滤波器。

所述的有源腔内，光放大器为掺铒光纤放大器、半导体光放大器。

可调谐光源经过相位调制器调制后，微波信号就加载到光载波上面。光放大器放在腔内构成有源腔，有源腔可使微波信号在腔内循环形成高Q的频率响应，相移光纤光栅用来解调相位调制后的微波信号，因为相移光纤光栅的反射谱中有很窄的陷波，或者通带谱中有一个很窄的通带。因而，利用相移光纤光栅反射谱或者通带谱对相位调制的微波信号所实现的单通带的频率响应，从有源腔所形成的高Q频率响应中选择出一个响应峰，通过光电探测器检测后，就可实现具有高Q的单通带频率响应。配合可调谐光源与宽频带的相移光纤光栅可实现滤波器的宽带调谐。