本發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、一個或者多個泵浦信號的可重構可調諧陷波微波光子濾波器。

背景技術：

隨著無線通信、雷達和遙感技術的飛速發展，微波頻率資源越來越緊張，人們也越來越重視對有用微波信號的處理過程和保存途徑。同時在愈加復雜的微波信號中也會存在越來越多的人們不需要的微波干擾信號，影響著人們對信號的準確接收，所以研究陷波濾波器逐漸成為一項熱點。陷波濾波器是在某一個頻率點迅速衰減輸入信號，以達到阻礙此頻率信號通過的濾波效果。從通過信號的頻率范圍的角度來看，陷波濾波器屬于帶阻濾波器的一種,只是它的阻帶非常狹窄。用以往在傳統電域中處理信號的方法，并不能精確消除或削弱干擾信號。并且整個過程損耗大、速度慢、抗電磁干擾能力弱。所以隨著光載無線電(rof)技術的發展，具有靈活重構特性的陷波微波光子濾波器的研究具有更為廣泛的意義。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種基于受激布里淵散射效應、一個或者多個泵浦信號的可重構可調諧微波光子濾波器。

本發明所述的可重構陷波微波光子濾波器的結構如圖1所示，由激光器、雙驅動馬赫曾德爾強度調制器(ddmzm)、光隔離器、矢量網絡分析儀、高非線性光纖、強度調制器、第一微波信號源、第二微波信號源、雙平行馬赫曾德爾強度調制器(dpmzm)、第一直流穩壓電源、第二直流穩壓電源、第三直流穩壓電源、第四直流穩壓電源、第五直流穩壓電源、光環形器和光電探測器組成；

其中，激光器包括第一激光器和第二激光器，第一激光器輸出頻率為fc1的光信號作為光載波被送到雙驅動馬赫曾德爾強度調制器中；雙驅動馬赫曾德爾調制器內部共有兩個支路，見圖2，兩個支路接有同一個射頻輸入端，第一支路有一個直流偏置端，與第五直流穩壓電源相接，調節直流偏置端的電壓能夠改變雙驅動馬赫曾德爾調制器第一支路光信號的相位，使雙驅動馬赫曾德爾調制器工作在雙邊帶調制狀態；由網絡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通過雙驅動馬赫曾德爾強度調制器加載到光載波上，之后輸出的相位相反、強度不同的一系列一階上邊帶和下邊帶信號經光隔離器進入到高非線性光纖中，且通過調整第五直流穩壓電源改變第一支路的直流偏置電壓，使上邊帶強度小于下邊帶強度；

第二激光器輸出頻率為fc2的光信號被送到強度調制器中，頻率為fc2的光信號被第一微波信號源輸出的頻率為fp的微波信號調制(在濾波器的工作過程中，fp的頻率可以根據對濾波器輸出頻段的要求進行改變)，調整第四直流穩壓電源的輸出改變強度調制器的直流偏壓使其工作在載波抑制的雙邊帶調制狀態，則經強度調制器輸出后，出現頻率為fc2±fp、fc2±2fp、…、fc2±n*fp的一系列上、下邊帶，載波以及其余邊帶被忽略掉，這一系列上、下邊帶信號繼續送入雙平行馬赫曾德爾強度調制器中；

雙平行馬赫-曾德爾調制器由第一馬赫-曾德爾調制器、第二馬赫-曾德爾調制器和移相器組成，見圖3，第一馬赫-曾德爾調制器單獨構成第三支路，第二馬赫-曾德爾調制器和移相器構成第四支路；第一馬赫-曾德爾調制器和第二馬赫-曾德爾調制器均為強度調制器。第一馬赫-曾德爾調制器具有第一射頻輸入端和第一直流偏置端；第二馬赫-曾德爾調制器具有第二射頻輸入端和第二直流偏置端；移相器只有一個直流偏置電壓輸入端，即第三直流偏置端，通過調節第三直流偏置端的電壓能夠改變雙平行馬赫-曾德爾調制器第二支路光信號的相位，使雙平行馬赫-曾德爾調制器工作在載波被抑制的單邊帶調制狀態；第一直流穩壓電源與第一直流偏置端相連，第二直流穩壓電源與第二直流偏置端相連，第三直流穩壓電源與第三直流偏置端相連，第一射頻輸入端與第二微波信號源相連，第二射頻輸入端接地；同時第二微波信號源輸入微波頻率vb的微波信號，vb為本系統中的高非線性光纖的受激布里淵頻移量，所以形成了fc2+fp+vb、fc2+2fp+vb、…、fc2+n*fp+vb一系列光信號，然后經過光環形器的1端口輸入光環形器并由2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；

雙驅動馬赫曾德爾調制器輸出經光隔離器進入到高非線性光纖中的相位相反、上邊帶強度小于下邊帶強度的信號和下支路輸出的n個泵浦信號在高非線性光纖中相互作用，發生受激布里淵散射后，通過環形器的2端口輸入到光環形器中，從光環形器的3端口輸出，然后通過光電探測器進行光電轉換后送入矢量網絡分析儀，由矢量網絡分析儀對其測試，從而實現可調諧的陷波輸出。

第一激光器輸出頻率為fc1的光信號作為光載波；由網絡分析儀輸出的一系列待濾波的小幅微波信號(其中包括頻率為fm1、fm2、fm3……fmn的信號，且fm2-fm1＜2vb,vb為受激布里淵頻移量)通過雙驅動強度調制器加載到光載波上，輸出的相位相反、強度不同的一系列上邊帶和下邊帶信號(圖4(1))經光隔離器進入到高非線性光纖中；第二激光器輸出頻率為fc2的光信號被送到強度調制器中，頻率為fc2的光信號隨后被第一微波信號源輸出的頻率為fp的微波信號調制(在濾波器的工作過程中，fp的頻率可以根據對濾波器輸出頻段的要求進行改變)，調整強度調制器的直流偏壓使其工作在載波抑制的雙邊帶調制狀態，調制輸出一系列上、下邊帶(圖4(2))，載波被忽略掉，這一系列上、下邊帶信號繼續送入雙平行馬赫曾德爾調制器，隨后被第二微波信號源輸出的頻率為vb的微波信號調制，調整直流偏壓使其工作在單邊帶調制狀態，僅輸出一系列上邊帶(圖4(3))，再經過環形器的1端口輸入并由2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。

對于圖4(1)中的調制信號，當某頻率處上邊帶強度由于受激布里淵散射效應被增強時，此時其上邊帶與下邊帶相對應處強度相等，而其它頻率出上下邊帶強度仍然不同，因此，此處的的微波信號將會被濾波輸除，進而產生了陷波。

通過改變第二激光器的頻率fc2，就可以改變兩個陷波中心頻率的值，實現陷波中心頻率的變化，即中心頻率可調諧。

本發明的可重構陷波微波光子濾波器有三種工作情況：

情況一：當fp＝2vb時，圖4(3)中前一個泵浦信號損耗譜和與其相鄰后一個泵浦信號增益譜頻率相同，相互抵消，濾波器輸出單個陷波，且陷波譜型與受激布里淵的損耗譜型相同，濾波器的頻率范圍取決于泵浦信號的數量。

1)當引入一個泵浦信號時，陷波濾波器的頻率范圍為2vb：

2)當引入兩個泵浦信號時，陷波濾波器的頻率范圍為4vb：

3)當引入三個泵浦信號時，陷波濾波器的頻率范圍為6vb：

情況二：當fp>2vb時，濾波器可以產生多個陷波。泵浦信號個數不同，陷波個數不同。

1)當引入兩個泵浦信號時，產生兩個陷波，且陷波譜型與受激布里淵的損耗譜型；

2)當引入三個泵浦信號時，產生三個陷波，且陷波譜型與受激布里淵的損耗譜型相同：

情況三：當0<fp<vb時，多個泵浦信號產生的增益譜相互疊加，產生一個帶寬被展寬的陷波，圖10為四個泵浦信號疊加時的情況。

本發明選用波長為1550nm(對應頻率為fc1＝193.41448903thz)的第一激光器作載波光源，第二激光器的頻率范圍為193.41thz～193.45thz(對應波長1549.7nm-1550nm)，雙驅動馬赫曾德爾強度調制器工作的光波長為1530nm～1580nm，帶寬為25ghz；網絡分析儀的頻率范圍為40mhz～40ghz；光電探測器探測帶寬為20ghz；高非線性光纖的受激布里淵增益線寬為γb＝30mhz，布里淵頻移量vb＝10ghz，光纖長度為1000米，增益和損耗峰值為5db；光隔離器的隔離度大于40db；強度調制器的帶寬為20ghz；微波信號源的輸出頻率范圍為40mhz～10ghz。

先設定第二激光器的頻率也為193.41448903thz，則無論引入多少個泵浦信號，都會在以各個泵浦信號為中心的下頻率區距離微布里淵頻移10ghz處產生陷波。泵浦信號個數不同，陷波中心頻率和調諧范圍也不同。

與現有技術相比，本發明所述的可重構陷波微波光子濾波器具有如下優點：

(1)基于強度調制和泵浦信號引起的受激布里淵散射效應，增益譜對上邊帶強度進行放大，使對應位置強度相同，實現微波光子濾波器的陷波輸出。

(2)通過改變泵浦信號的個數和頻率，實現陷波個數、陷波頻率和陷波譜型的重構。

附圖說明

圖1：陷波微波光子濾波器結構示意圖；

圖2：雙驅動馬赫-曾德爾調制器的結構示意圖；

圖3：雙平行馬赫-曾德爾調制器的結構示意圖；

圖4：陷波微波光子濾波器頻譜處理過程示意圖；

圖5：產生一個陷波引入一個泵浦信號時譜結果圖；

圖6：產生一個陷波引入兩個泵浦信號時譜結果圖；

圖7：產生一個陷波引入三個泵浦信號時譜結果圖；

圖8：產生多個陷波引入兩個泵浦信號時譜結果圖；

圖9：產生多個陷波引入三個泵浦信號時譜結果圖；

圖10：陷波被增益譜疊加展寬的譜結果圖；

圖11：產生一個陷波引入兩個泵浦信號時結果仿真圖；

圖12：產生一個陷波引入三個泵浦信號時結果仿真圖；

圖13：產生多個陷波引入兩個泵浦信號時結果仿真圖；

圖14：產生多個陷波引入三個泵浦信號時結果仿真圖；

具體實施方式

實施例1

第一激光器和第二激光器為santec公司的tsl-510可調激光器，第一激光器的波長設定為1550nm(對應頻率為fc1＝193.41448903thz)，第二激光器的波長也設為1550nm，雙驅動馬赫曾德爾強度調制器為photline公司的mzdd-ln-10，其帶寬25ghz；網絡分析儀為安捷倫的8722es矢量網絡分析儀，頻率范圍為40mhz-40ghz；泰克公司的光電探測器，帶寬為20ghz；隔離器的隔離度大于40db；長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γb＝30mhz，布里淵頻移為10ghz，光纖長度為1000米，增益和損耗峰值為5db；強度調制器為photline公司的mxan-ln-20，帶寬為20ghz，直流偏壓為9v，能使該調制器輸出為載波抑制的雙邊帶調制，強度調制器所加的頻率為fp的信號由第一微波信號源提供；安捷倫公司的微波信號發生器e8257d,輸出頻率范圍為100khz～20ghz；雙平行馬赫曾德爾強度調制器為photline公司的mxiq-ln-40，其帶寬大于20ghz。光環形器的p/n：fcir-55-2-l-1-1(sr5905)，qty:1pc。

按圖1連接好相應的儀器設備，第一激光器的頻率設定為fc1＝193.41448903thz，網絡分析儀輸出頻率范圍為40mhz～40ghz的微波信號通過雙驅動馬赫曾德爾調制器加載到光載波上，輸出的信號通過隔離器后進入到高非線性光纖中。在另一支路，第二激光器輸出的頻率為fc2＝193.41448903thz的光信號首先進入到強度調制器中，被第一微波信號發出的微波所調制，此時微波頻率設為fp＝2vb＝20ghz，強度調制器的輸出頻率為fc2±nfp的一系列上下邊帶，被送入雙平行馬赫曾德爾調制器中，產生單邊帶調制的泵浦信號，再通過環形器的1端口進入到高非線性光纖中。在高非線性光纖中，探測信號和泵浦信號相互作用，發生受激布里淵散射效應，與泵浦信號的頻率間隔為vb的下頻率區位置的信號將被增強，使上下邊帶強度相同，從而實現陷波輸出。圖11為當fp＝2vb＝20ghz，并引入兩個泵浦信號時，濾波器的輸出結果，陷波與干擾通帶之間的距離為4vb，即40ghz。

實施例2

按圖1連接好相應的儀器設備，第一激光器的頻率設定為fc1＝193.41448903thz，網絡分析儀輸出頻率范圍為40mhz～40ghz的微波信號通過雙驅動馬赫曾德爾調制器加載到光載波上，輸出的信號通過隔離器后進入到高非線性光纖中。在另一支路，第二激光器輸出的頻率仍設定為fc2＝193.41448903thz的光信號首先進入到強度調制器中，被第一微波信號的微波所調制，強度調制器的輸出頻率為fc2±nfp的一系列上下邊帶，被送入雙平行馬赫曾德爾調制器中，產生單邊帶調制的泵浦信號，再通過環形器的1端口進入到高非線性光纖中。在高非線性光纖中，探測信號和泵浦信號相互作用，發生受激布里淵散射效應，與泵浦信號的頻率間隔為vb的下頻率區位置的信號將被增強，使上下邊帶強度相同，從而實現陷波輸出。圖12為當fp＝2vb＝20ghz，并引入三個泵浦信號時，濾波器的輸出結果，陷波與干擾通帶之間的距離為6vb，即60ghz。

實施例3

按圖1連接好相應的儀器設備，第一激光器的頻率設定為fc1＝193.41448903thz，網絡分析儀輸出頻率范圍為40mhz～40ghz的微波信號通過雙驅動強度調制器加載到光載波上，輸出的信號通過隔離器后進入到高非線性光纖中。在另一支路，第二激光器輸出的頻率仍設定為fc2＝193.41448903thz的光信號首先進入到強度調制器中，被第一微波信號的微波所調制，強度調制器的輸出頻率為fc2±nfp的一系列上下邊帶，被送入雙平行馬赫曾德爾調制器中，產生單邊帶調制的泵浦信號，再通過環形器的1端口進入到高非線性光纖中。在高非線性光纖中，探測信號和泵浦信號相互作用，發生受激布里淵散射效應，與泵浦信號的頻率間隔為vb的下頻率區位置的信號將被增強，使上下邊帶強度相同，從而實現陷波輸出。圖13為當fp＝35ghz>2vb，并引入兩個泵浦信號時，濾波器的輸出結果，出現了兩個陷波。

實施例4

按圖1連接好相應的儀器設備，第一激光器的頻率設定為fc1＝193.41448903thz，網絡分析儀輸出頻率范圍為40mhz～40ghz的微波信號通過雙驅動馬赫曾德爾調制器加載到光載波上，輸出的信號通過隔離器后進入到高非線性光纖中。在另一支路，第二激光器輸出的頻率仍設定為fc2＝193.41448903thz的光信號首先進入到強度調制器中，被第一微波信號的微波所調制，強度調制器的輸出頻率為fc2±nfp的一系列上下邊帶，被送入雙平行馬赫曾德爾調制器中，產生單邊帶調制的泵浦信號，再通過環形器的1端口進入到高非線性光纖中。在高非線性光纖中，探測信號和泵浦信號相互作用，發生受激布里淵散射效應，與泵浦信號的頻率間隔為vb的下頻率區位置的信號將被增強，使上下邊帶強度相同，從而實現陷波輸出。圖14為當fp＝35ghz>2vb，并引入三個泵浦信號時，濾波器的仿真結果，出現了三個陷波。