[发明专利]一种可调谐高Q值单通带微波光子滤波器

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学技术领域，更具体地，涉及一种可调谐高Q值单通带微波光子滤波器。

背景技术

微波光子滤波器是将微波信号调制到光载波上，利用光学器件在光域对信号进行处理然后进行光电转换再输出微波信号的器件。相比于传统的微波滤波器，微波光子滤波器具有抗电磁干扰，工作频率高、带宽大，体积小，重量轻，损耗小等优点。微波光子滤波器处理信号的方法是将微波信号加载到不同的光载波抽头之上，然后对每个抽头之上的信号进行延时和加权合并。根据抽头的数量是否有限，可以将微波光子滤波器分为有限冲激响应和无限冲击响应两种。由于无线冲击响应微波光子滤波器拥有较多数量的抽头，因此形成的滤波器的频率选择性更好。品质因子Q(Quality Factor)是衡量滤波器频率选择性能的重要指标，它定义为滤波器的FSR(自由频谱范围，Free Spectrum Range)与3dB带宽(Δf_3dB)的比值，即Q＝FSR/Δf_3dB。为了获得更好的频率选择性能，实现高Q值的微波光子滤波器成为了微波光子领域的研究热点之一。

目前高Q值滤波器的方案主要是基于无限冲击响应形成的滤波器，一般是用一段光学有源环路来实现。但是，为了避免光学环路中的信号相干，光学环路的延时必须大于光源的相干时间，因此光学环路的长度必须够长，所以得到的滤波器的FSR的大小也受到了限制，无法进一步的增大，微波光子滤波器的Q值也受到限制。另一种实现高Q滤波器的方法是使用光学滤波器，但是这种方法对光学滤波器的要求很高，Q值受到滤波器性能的限制。为了进一步提高微波光子滤波的Q值，需要一种能够克服光学相干和突破光学滤波器性能限制的高Q值微波光子滤波器。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可调谐高Q值单通带微波光子滤波器，其目的在于解决现有微波光子滤波器因为光学环路中光信号相干的限制而使Q值受到影响的问题，并且通过反馈的方法进一步减小微波光子滤波器的带宽，增大Q值。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可调谐高Q值单通带微波光子滤波器，包括光源、光学调制器、光学滤波器、光电探测器、射频功分器和射频放大器；

其中，光学调制器的第一端与光源的输出端相连、第二端作为接收外部射频输入的第一射频接口、第四端作为接收内部射频信号的第二射频接口；光学滤波器的第一端与光学调制器的第三端相连；光电探测器的第一端与光学滤波器的第二端相连，射频功分器的第一端与光电探测器的第二端相连、第二端作为射频输出接口；射频放大器的第一端与射频功分器的第三端相连，第二端作为内部射频信号输出接口；

其中，光学调制器、光学滤波器、光电探测器、射频功分器和射频放大器构成了光电反馈环路。

优选的，上述可调谐高Q值单通带微波光子滤波器，工作时，光学调制器接收光源发出的光信号作为光载波，将接收的外部射频信号调制到光载波上，生成调制信号；光学滤波器对光学调制器输出的调制信号进行滤波；光电探测器接收光学滤波器输出的光信号并进行光电转换，输出射频信号；射频功分器将接收到的射频信号分成两路，一路通过其射频输出接口输出，另一路发送到射频放大器，射频放大器对这一路射频信号进行放大后经其第二端反馈到光学调制器的第二射频接口。

优选的，上述可调谐高Q值单通带微波光子滤波器，其光学调制器采用相位调制器，其光学滤波器包括相移光纤光栅和环形器；

其中，环形器的第一端口作为光学滤波器的第一端、第二端口与相移光纤光栅相连、第三端口作为光学滤波器的第二端。

优选的，上述可调谐高Q值单通带微波光子滤波器，还包括射频耦合器；射频耦合器的第一端与射频放大器的第二端相连、第二端作为接收外部射频输入的第三射频接口、第三端作为射频反馈信号输出接口。

优选的，上述可调谐高Q值单通带微波光子滤波器，工作时，可调谐光源发出的光信号发送到相位调制器，经过调制后的光信号发送到环形器的第一端口，由环形器的第二端口发送到相移光纤光栅，光信号在相移光纤光栅经过反射后到发送环形器的第二端口，从环形器的第三端口发送到光电探测器的第一端；光电探测器将接收到的光信号转换成射频信号；射频功分器接收该射频信号并将其分成两路，一路通过射频功分器的射频输出接口输出，另一路发送到射频放大器，射频放大器对接收到的射频信号进行放大后发送射频耦合器的第一端，射频耦合器的第二端接收外部射频信号，这两路射频信号在射频耦合器内合成后反馈到相位调制器的第二射频接口。