一種無限脈沖響應微波光子濾波器及濾波方法
【專利摘要】本發明公開了一種無限脈沖響應微波光子濾波器及濾波方法，包括：多縱模光纖激光器作光源提供光載波；偏振控制器，調節光載波偏振態使其進入強度調制器；強度調制器，通過調整強度調制器的偏置電壓使其工作在線性區，將微波信號調制到光載波上；光纖環，光信號在光纖環處實現分光，對承載微波信號的光載波實現多次時延與抽樣，并濾除特定頻率的微波信號；以及光電探測器，通過光電轉換實現對微波信號的探測，濾除光載波。本發明的濾波器及濾波方法，能提供較大的Q值、并因光纖環長度可以很短從而具有較大的自由光譜范圍。
【專利說明】一種無限脈沖響應微波光子濾波器及濾波方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信號處理技術，具體涉及一種無限脈沖響應微波光子濾波器及濾波方法。
【背景技術】
[0002]對信號進行處理的過程中常常用到濾波器。與傳統濾波器相比，微波光子濾波器有很多優勢:其損耗小、帶寬大、抗電磁干擾，且可以提供短的延遲用以產生超高速的抽樣頻率，其抽樣頻率常大于100GHZ，而電子技術的抽樣頻率只能達到幾個GHZ ;同時微波光子濾波器還具有帶寬可調諧、可重構等功能，這些功能在傳統濾波器中很難實現。因此微波光子濾波器得到更為 廣泛的應用。
[0003]微波光子濾波器可分為有限脈沖響應(FIR)微波光子濾波器和無限脈沖響應(IIR)微波光子濾波器，IIR微波光子濾波器理論抽樣值趨于無窮，實際應用中其抽樣值也遠大于FIR微波光子濾波器，IIR微波光子濾波器能夠提供較大的Q值。品質因數Q描述了濾波器的頻率響應，Q=FSR/ Δ Ω_，式中，FSR為濾波器相應的自由光譜范圍，描述了濾波器響應譜的頻率選擇性，FSR越大，濾波器通過頻率之間的頻率間隔越大；Λ 為濾波器的3dB帶寬(Full Width Half Maximum),描述了濾波器的通過頻率帶寬。由上述可知，Q值與FSR成正比，與Λ 0_?成反比，Q值越大，代表著濾波器的濾波特性更好。
[0004]IIR微波光子濾波器常見的有以下兩種:
[0005]第一種:使用單頻激光器作為光源，以分布式反饋激光器(DFB)作為光源的微波光子濾波器為例，DFB光源的特點是單色性好、相干長度大，若光纖環長度小于光源相干長度，則載波在光纖環內產生相干，無法有效實現濾波，而為了避免光源提供的載波相干，光纖環長度必須大于光源相干長度，限制了 IIR微波光子濾波器的抽樣間隔，不能得到較大的自由光譜范圍(FSR)。
[0006]第二種:使用濾波器濾出一部分自發輻射(ASE)作為光源的微波光子濾波器，ASE光源自身受到濾波器限制，邊模抑制比(SMSR)較小，導致微波光子濾波器主旁瓣抑制比(MSSR)受到限制。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點與不足，提供一種無限脈沖響應微波光子濾波器，其能提供較大的Q值、并因光纖環長度可以很短從而具有較大的自由光譜范圍。
[0008]本發明的另一目的在于提供一種無限脈沖響應微波光子的濾波方法，其能夠實現有效濾波，且提供較大的Q值和較大的自由光譜范圍。
[0009]本發明的目的通過下述技術方案實現:
[0010]一種無限脈沖響應微波光子濾波器，包括:
[0011]多縱模光纖激光器，作為光源，輸出穩定的連續光作為光載波，光載波隨后進入到偏振控制器；
[0012]偏振控制器，通過調節光載波的偏振態使光載波進入對偏振敏感的強度調制器；
[0013]強度調制器，通過調整強度調制器外接的偏置電壓，使強度調制器的工作點移動到線性區，利用電光效應將微波信號調制到光載波上，承載有微波信號的光載波隨后進入到光纖環；
[0014]光纖環,承載有微波信號的光載波在光纖環處實現分光,分光后一部分承載有微波信號的光載波直接通過抽樣進入光電探測器，另一部分則通過光纖環重新回到光纖環輸入端，由此實現時延，時延后再次經歷分光，承載有微波信號的光載波在光纖環內循環反復的分光、時延，實現多次時延與抽樣，經過時延疊加后的需要濾除的部分微波信號的強度疊加相消，從而達到濾除部分微波信號的目的；
[0015]以及光電探測器，被抽樣的承載微波信號的光載波進入光電探測器進行光電轉換，由于光載波的頻率在光電探測器的探測頻率之外，故只有微波信號被探測，由此濾除了光載波。
[0016]所述的多縱模光纖激光器，包括由光纖、光耦合器構成的環形諧振腔，環形諧振腔內串聯光纖放大器、可調諧光濾波器。光纖放大器工作時，提供基于其增益譜的光放大，環形諧振腔內的可調諧光濾波器則對光實現濾波，對可調諧光濾波器透射窗口以外的光譜引入較大的損耗；當光纖放大器的增益大于整個環形諧振腔、可調諧光濾波器所引入的光損耗時，多縱模光纖激光器實現穩定輸出連續光。此時無限脈沖響應微波光子濾波器有以下兩個優點:
[0017]其一，載波線寬具有可調諧性:由于可調諧光濾波器對于其透射窗口以外的波長引入很大損耗，迫使只有符合可調諧光濾波器透射譜的波長可以實現增益大于損耗這一條件，實現多縱模光纖激光器的可調諧性，并且其輸出譜的中心波長與線寬取決于環形諧振腔內可調諧光濾波器的響應譜。
[0018]其二，能提供較大的主旁瓣抑制比(MSSR):現有的IIR微波光子濾波器，大多以寬帶光源級聯濾波器作為光源，通過濾波器來控制輸出光的中心波長和帶寬，其輸出譜由濾波器的濾波特性決定，受到了濾波器的性能限制，如濾波器濾出一部分自發輻射(ASE)作為光源的微波光子濾波器，由于ASE光源覆蓋波長范圍較廣，在通過光濾波器后其邊模抑制比很小，作為光源影響了濾波器的響應表現，而本發明將可調諧光濾波器放置在光纖激光器的諧振腔內，可調諧光濾波器不但不限制輸出光的邊模抑制比，而且優化了輸出光的特性，提高了微波光子濾波器的主旁瓣抑制比(MSSR)。
[0019]多縱模光纖激光器中，所述光稱合器的稱合比為80:20。其中I禹合比=光纖輸出功率/光纖輸入功率，激光的80%反饋回環形諧振腔，余下的20%作為輸出光源，選用此比例，多縱模光纖激光器在光纖放大器輸入電流適中的情況下可以產生較大的輸出光強，易于實現更為穩定的濾波響應。
[0020]所述的光纖環，由稱合比為50:50的光I禹合器制成。光I禹合器，直接將一輸入端與一輸出端熔接，構成光纖環。光稱合器同側的兩端口分別作為光纖環的輸入端與反饋光的輸入端，選用耦合比為50:50的耦合器可實現反饋光與輸入光的平衡，不會出現反饋光過弱，短時間內光強大幅度下降，減少有效抽樣次數的情況，此時光信號在光纖環處一半通過光纖環進入光電探測器被抽樣；一半進入光纖環，通過光纖環反饋回輸入端，被時延。被時延的光信號在反饋輸入端再次分光時，重復上述過程，通過光纖環的循環反復，實現對光信號的多次時延與抽樣。
[0021]所述的無限脈沖響應微波光子濾波器還包括兩端分別與強度調制器、光電探測器相連的網絡分析儀。通過網絡分析儀可以更加便捷地測量網絡參數，并直觀地用圖像反映出來。
[0022]為了達到上述另一目的，本發明采用以下技術方案:
[0023]一種無限脈沖響應微波光子濾波方法，包括以下順序的步驟:
[0024]I)多縱模光纖激光器產生并輸出穩定的連續光作為光載波；
[0025]2)偏振控制器調節光載波的偏振態使其進入對偏振敏感的強度調制器；
[0026]3)調節強度調制器的偏置電壓使其工作在線性區域，將微波信號調制到光載波上形成光信號；
[0027]4)承載有微波信號的光載波到達光纖環并在光纖環處分光,分光后一部分直接通過抽樣進入光電探測器，另一部分則通過光纖環重新回到光纖環輸入端，由此實現時延，時延后再次經歷分光，承載有微波信號的光載波在光纖環內循環反復的分光、時延，實現多次時延與抽樣，經過時延疊加后的需要濾除的部分微波信號的強度疊加相消，從而達到濾除部分微波信號的目的；
[0028]5)被抽樣的承載微波信號的光載波進入光電探測器進行光電轉換，由于光載波的頻率在光電探測器的探測頻率之外，故只有微波信號被探測，由此濾除了光載波。
[0029]步驟I)中，所述的多縱模光纖激光器，包括由光纖、光耦合器構成的環形諧振腔，環形諧振腔內串聯光纖放大器、可調諧光濾波器。
[0030]多縱模光纖激光器中，所述光耦合器的耦合比為80:20。
[0031]步驟4)中，所述的光纖環，由耦合比為50:50的光耦合器制成。
[0032]所述濾波方法還包含步驟6)，由被探測的微波信號轉換的電信號輸送至網絡分析儀，網絡分析儀的另一端與強度調制器相連，網絡分析儀將測量的網絡參數直觀地顯示出來。
[0033]本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果:
[0034]A、相比于有限脈沖響應微波光子濾波器，無限脈沖響應微波光子濾波器抽樣值非常大，能夠提供較大的Q值。
[0035]B、能提供較大的自由光譜范圍(FSR):
[0036]在微波光子濾波器中，濾波響應的自由光譜范圍(FSR)與抽樣間隔成反比，抽樣間
隔為光在光纖環中循環一次的時間，即
【權利要求】
1.一種無限脈沖響應微波光子濾波器，其特征在于，包括: 多縱模光纖激光器，作為光源，輸出穩定的連續光作為光載波，光載波隨后進入到偏振控制器； 偏振控制器，通過調節光載波的偏振態使光載波進入對偏振敏感的強度調制器； 強度調制器，通過調整強度調制器外接的偏置電壓，使強度調制器的工作點移動到線性區，利用電光效應將微波信號調制到光載波上，承載有微波信號的光載波隨后進入到光纖環； 光纖環，承載有微波信號的光載波在光纖環處實現分光，分光后一部分承載有微波信號的光載波直接通過抽樣進入光電探測器，另一部分則通過光纖環重新回到光纖環輸入端，由此實現時延，時延后再次經歷分光，承載有微波信號的光載波在光纖環內循環反復的分光、時延，實現多次時延與抽樣，經過時延疊加后的需要濾除的部分微波信號的強度疊加相消，從而達到濾除部分微波信號的目的； 以及光電探測器，被抽樣的承載微波信號的光載波進入光電探測器進行光電轉換，由于光載波的頻率在光電探測器的探測頻率之外，故只有微波信號被探測，由此濾除了光載波。
2.根據權利要求1所述的無限脈沖響應微波光子濾波器，其特征在于，所述的多縱模光纖激光器，包括由光纖、光耦合器構成的環形諧振腔，環形諧振腔內串聯光纖放大器、可調諧光濾波器。
3.根據權利要求2所述的無限脈沖響應微波光子濾波器，其特征在于，所述光耦合器的耦合比為80:20。
4.根據權利要求1所述的無限脈沖響應微波光子濾波器，其特征在于，所述的光纖環，由耦合比為50:50的光耦合器制成。
5.根據權利要求1所述的無限脈沖響應微波光子濾波器，其特征在于，還包括兩端分別與強度調制器、光電探測器相連的網絡分析儀。
6.一種無限脈沖響應微波光子濾波方法，包括以下順序的步驟: O多縱模光纖激光器產生并輸出穩定的連續光作為光載波； 2)偏振控制器調節光載波的偏振態使其進入對偏振敏感的強度調制器； 3)調節強度調制器的偏置電壓使其工作在線性區域，將微波信號調制到光載波上形成光信號; 4)承載有微波信號的光載波到達光纖環并在光纖環處分光，分光后一部分直接通過抽樣進入光電探測器，另一部分則通過光纖環重新回到光纖環輸入端，由此實現時延，時延后再次經歷分光，承載有微波信號的光載波在光纖環內循環反復的分光、時延，實現多次時延與抽樣，經過時延疊加后的需要濾除的部分微波信號的強度疊加相消，從而達到濾除部分微波信號的目的； 5)被抽樣的承載微波信號的光載波進入光電探測器進行光電轉換，由于光載波的頻率在光電探測器的探測頻率之外，故只有微波信號被探測，由此濾除了光載波。
7.根據權利要求6所述的無限脈沖響應微波光子濾波方法，其特征在于，步驟I)中，所述的多縱模光纖激光器，包括由光纖、光耦合器構成的環形諧振腔，環形諧振腔內串聯光纖放大器、可調諧光濾波器。
8.根據權利要求7所述的無限脈沖響應微波光子濾波方法，其特征在于，多縱模光纖激光器中，所述光耦合器的耦合比為80:20。
9.根據權利要求6所述的無限脈沖響應微波光子濾波方法，其特征在于，所述的光纖環，由I禹合比為50:50的光I禹合器制成。
10.根據權利要求6所述的無限脈沖響應微波光子濾波方法，其特征在于，所述濾波方法還包含步驟6)，由被探測的微波信號轉換的電信號輸送至網絡分析儀，網絡分析儀的另一端與強度調 制器相連，網絡分析儀將測量的網絡參數直觀地顯示出來。
【文檔編號】H04B10/70GK103457674SQ201310369401
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】馮新煥, 金巖冰, 曹元
申請人:暨南大學