本發(fā)明屬于微波光子濾波技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及引入相移量實(shí)現(xiàn)陷波中心頻率可調(diào)諧的微波光子濾波器。

背景技術(shù)：

微波光子濾波器是微波光子學(xué)的一個(gè)重要分支，它將輸入的射頻(RF)信號(hào)通過(guò)調(diào)制器調(diào)制到光信號(hào)上，在光域?qū)F信號(hào)進(jìn)行處理，最后通過(guò)光接收器輸出濾波后的微波信號(hào)。采用這種方法具有低損耗、高帶寬、不受電磁干擾、重量輕和支持高采樣頻率的優(yōu)勢(shì)，這些顯著優(yōu)勢(shì)使微波光子濾波系統(tǒng)成為寬帶射頻信號(hào)處理中的熱點(diǎn)技術(shù)而倍受國(guó)際關(guān)注。近年來(lái)研究學(xué)者對(duì)其進(jìn)行深入研究，已獲得許多實(shí)驗(yàn)成果，諸如：可調(diào)諧微波光子濾波器、可重構(gòu)微波光子濾波器、負(fù)、復(fù)系數(shù)微波光子濾波器等。而基于四波混頻效應(yīng)(FWM)能夠產(chǎn)生的多波長(zhǎng)光信號(hào)，多波長(zhǎng)光信號(hào)在相位調(diào)制后能夠產(chǎn)生多個(gè)抽頭，使陷波濾波器具有更窄的帶寬，提高了陷波濾波器的選頻特性，并且再利用波整形器引入相移量形成復(fù)系數(shù)，能夠在不同相移的情況下實(shí)現(xiàn)陷波濾波器的連續(xù)可調(diào)諧，必將極大的改善其系統(tǒng)特性。

可調(diào)諧微波光子濾波器與傳統(tǒng)微波濾波器相比，具有靈活度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大，成本低等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有微波光子濾波器存在的可調(diào)諧范圍小及不能連續(xù)可調(diào)的問(wèn)題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且制作技術(shù)成熟的可調(diào)諧陷波微波光子濾波器，該濾波器利用四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生多波長(zhǎng)激光作為微波光子濾波器的光源，實(shí)現(xiàn)多抽頭；由波整形器(Waveshaper)控制相位調(diào)制后產(chǎn)生的光電流的相位和邊帶形成餡波，并另外引入相移量形成復(fù)系數(shù)實(shí)現(xiàn)陷波連續(xù)調(diào)諧，最終可以實(shí)現(xiàn)陷波濾波器通帶中心頻率的可調(diào)諧。

該發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于四波混頻的連續(xù)可調(diào)諧陷波微波光子濾波器，其特征在于該濾波器包括：多波長(zhǎng)光源、1:99耦合器、偏振控制器、光譜分析儀、相位調(diào)制器、模擬信號(hào)發(fā)生器、摻餌光纖放大器、波整形器、5km長(zhǎng)的單模光纖、光電探測(cè)器、頻譜分析儀；其中多波長(zhǎng)光源由兩臺(tái)可調(diào)諧激光器、一個(gè)50:50耦合器、一臺(tái)摻餌光纖放大器、2km長(zhǎng)的高非線性光纖和光濾波器組成；

所述濾波器結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系：基于四波混頻產(chǎn)生的多波長(zhǎng)光源發(fā)出多波長(zhǎng)激光信號(hào)經(jīng)由一個(gè)1×2的1:99耦合器的a端口輸入，一部分信號(hào)光通過(guò)c端口輸出到光譜儀上進(jìn)行觀察測(cè)，另一部分信號(hào)光通過(guò)耦合器的c端口輸入到偏振控制器調(diào)整偏振態(tài)，再輸入相位調(diào)制器上，與此同時(shí)，由模擬信號(hào)發(fā)生器輸出的RF信號(hào)通過(guò)相位調(diào)制器調(diào)制到信號(hào)光上，接著從相位調(diào)制器輸出的信號(hào)光分別經(jīng)摻餌光纖放大器、波整形器、5km長(zhǎng)的單模光纖傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器上，最后信號(hào)從光電探測(cè)器輸出到頻譜分析儀。

進(jìn)一步的，所述多波長(zhǎng)光源輸出多波長(zhǎng)光載波作為濾波器的光源；其中兩臺(tái)可調(diào)諧激光器分別產(chǎn)生波長(zhǎng)為1549nm、1550nm的單波長(zhǎng)激光信號(hào)并輸入到2km長(zhǎng)的高非線性光纖中，利用高非線性光纖的非線性系數(shù)產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)，形成多波長(zhǎng)光信號(hào)輸出，中間引入摻餌光纖放大器用于提高可調(diào)諧激光器輸出功率增加多波長(zhǎng)數(shù)目。

進(jìn)一步的，通過(guò)控制光載波的偏振態(tài)能獲得最佳的調(diào)諧特性和陷波深度。

進(jìn)一步的，經(jīng)過(guò)相位調(diào)制器調(diào)制后的光信號(hào)輸入到波整形器中進(jìn)行整形濾波，利用波整形器抑制去除光載波的上邊帶調(diào)制信號(hào)，只保留下邊帶調(diào)制信號(hào)，并且使產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)的兩個(gè)主載波擁有相同的功率和相位，奇數(shù)階旁波擁有相同功率的同時(shí)引入相對(duì)于主載波的180°的相移，偶數(shù)階旁波擁有相同功率的同時(shí)引入相對(duì)于主載波的0°的相移，最終經(jīng)5km長(zhǎng)的單模光纖傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器上，經(jīng)光電探測(cè)器拍頻后傳輸?shù)筋l譜分析儀上觀察現(xiàn)象，形成陷波濾波器響應(yīng)。

進(jìn)一步的，所述摻餌光纖放大器用于補(bǔ)充光信號(hào)在傳輸過(guò)程中引入的損耗。

進(jìn)一步的，利用波整形器形成陷波濾波器響應(yīng)的同時(shí)，對(duì)于每個(gè)光載波和上邊帶調(diào)制信號(hào)另外引入相移量θ，實(shí)現(xiàn)陷波濾波的調(diào)諧，因此第n個(gè)抽頭的相移為：Δφ_n＝Δφ'_n+nθ，Δφ'_n為第n個(gè)抽頭的初始相位0°或180°，nθ為第n個(gè)抽頭額外引入相移量，因此陷波中心頻率可以由此得到f'_notch為初始陷波頻率，Δλ是輸入信號(hào)光的波長(zhǎng)間隔，D是單模光纖(9)的色散系數(shù)；根據(jù)引入的相移量θ在0到360°內(nèi)變化時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)陷波頻率在一個(gè)自由頻譜范圍內(nèi)的調(diào)諧，而微波光子濾波器的自由頻譜范圍為其中T是由單模光纖的色散引入的延遲，與自由頻譜范圍成倒數(shù)關(guān)系L是單模光纖的長(zhǎng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)濾波器通帶中心頻率連續(xù)可調(diào)諧。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明提出了一種連續(xù)可調(diào)諧的陷波微波光子濾波器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且制作技術(shù)成熟，起到調(diào)諧作用的關(guān)鍵部位只需要由波整形器(Waveshaper)控制相位調(diào)制后產(chǎn)生的光電流的相位和邊帶即可。在形成餡波的同時(shí)并另外引入相移量形成復(fù)系數(shù)實(shí)現(xiàn)陷波連續(xù)調(diào)諧。本發(fā)明以此為切入點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)陷波濾波器中心頻率的連續(xù)可調(diào)諧。該發(fā)明的微波光子濾波器，成本合適，操作技術(shù)成熟，靈活度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大，因而具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于四波混頻的連續(xù)可調(diào)諧陷波微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的微波光子濾波器輸出射頻信號(hào)的頻譜。

圖中：(1)多波長(zhǎng)光源(Multi-wavelength Light Source)、(2)1:99耦合器、(3)偏振控制器(PC)、(4)光譜分析儀(OSA)、(5)相位調(diào)制器(PM)、(6)模擬信號(hào)發(fā)生器、(7)摻餌光纖放大器(EDFA2)、(8)波整形器(Waveshaper)、(9)5km長(zhǎng)的單模光纖(SMF)、(10)光電探測(cè)器(PD)、(11)頻譜分析儀、(12)可調(diào)諧激光器(Tunable Laser1)、(13)可調(diào)諧激光器(Tunable Laser 2)、(14)50:50耦合器(Coupler1)、(15)摻餌光纖放大器(EDFA1)、(16)高非線性光纖(HNLF)、(17)光濾波器。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

一種基于四波混頻的連續(xù)可調(diào)諧陷波微波光子濾波器，如圖1所示，該濾波器包括：多波長(zhǎng)光源(Multi-wavelength Light Source)1、1:99耦合器(Coupler2)2、偏振控制器(PC)3、光譜分析儀(OSA)4、相位調(diào)制器(PM)5、模擬信號(hào)發(fā)生器6、摻餌光纖放大器(EDFA2)7、波整形器(Waveshaper)8、5km長(zhǎng)的單模光纖(SMF)9、光電探測(cè)器(PD)10、頻譜分析儀11；其中多波長(zhǎng)光源1由兩臺(tái)可調(diào)諧激光器(Tunable Laser1，Tunable Laser 2)12、13、一個(gè)50:50耦合器(Coupler1)14、一臺(tái)摻餌光纖放大器(EDFA1)15、、2km長(zhǎng)的高非線性光纖(HNLF)16和光濾波器17組成。

如圖1所示，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧微波光子濾波器時(shí)的光路傳輸為：基于四波混頻產(chǎn)生的多波長(zhǎng)光源1發(fā)出多波長(zhǎng)激光信號(hào)經(jīng)由一個(gè)1×2的1:99耦合器2的a端口輸入，一部分信號(hào)光通過(guò)c端口輸出到光譜儀4上進(jìn)行觀察測(cè)，另一部分信號(hào)光通過(guò)耦合器2的c端口輸入到偏振控制器3調(diào)整偏振態(tài)，再輸入相位調(diào)制器5上，與此同時(shí)，由模擬信號(hào)發(fā)生器6輸出的RF信號(hào)通過(guò)相位調(diào)制器5調(diào)制到信號(hào)光上，接著從相位調(diào)制器5輸出的信號(hào)光分別經(jīng)摻餌光纖放大器(EDFA2)7、波整形器(Waveshaper)8、5km長(zhǎng)的單模光纖(SMF)9傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器10上，最后信號(hào)從光電探測(cè)器10輸出到頻譜分析儀11，觀察濾波器陷波中心頻率的變化。所述摻餌光纖放大器(EDFA2)7用于補(bǔ)充光信號(hào)在傳輸過(guò)程中引入的損耗。

本發(fā)明所述多波長(zhǎng)光源1輸出多波長(zhǎng)光載波作為濾波器的光源；其中兩臺(tái)可調(diào)諧激光器(Tunable Laser1，Tunable Laser 2)12、13分別產(chǎn)生波長(zhǎng)為1549nm、1550nm的單波長(zhǎng)激光信號(hào)并輸入到2km長(zhǎng)的高非線性光纖(HNLF)16中，利用高非線性光纖的非線性系數(shù)產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)，形成多波長(zhǎng)光信號(hào)輸出，中間引入摻餌光纖放大器(EDFA1)15用于提高可調(diào)諧激光器輸出功率增加多波長(zhǎng)數(shù)目。

本發(fā)明所述的多波長(zhǎng)光源1的輸出6個(gè)光波長(zhǎng)，作為光源，形成6個(gè)抽頭；單模光纖7的長(zhǎng)度取值范圍可為5～30km(這里選取為5km)，作為色散延遲器件。

本發(fā)明經(jīng)過(guò)相位調(diào)制器5調(diào)制后的光信號(hào)輸入到波整形器(Waveshaper)8中進(jìn)行整形濾波，利用波整形器抑制去除光載波的上邊帶調(diào)制信號(hào)，只保留下邊帶調(diào)制信號(hào)，并且使產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)的兩個(gè)主載波擁有相同的功率和相位，奇數(shù)階旁波擁有相同功率的同時(shí)引入相對(duì)于主載波的180°的相移，偶數(shù)階旁波擁有相同功率的同時(shí)引入相對(duì)于主載波的0°的相移，最終經(jīng)5km長(zhǎng)的單模光纖(SMF)9傳輸?shù)焦怆娞綔y(cè)器10上，經(jīng)光電探測(cè)器10拍頻后傳輸?shù)筋l譜分析儀11上觀察現(xiàn)象，形成陷波濾波器響應(yīng)。

本發(fā)明利用波整形器(Waveshaper)8形成陷波濾波器響應(yīng)的同時(shí)，對(duì)于每個(gè)光載波和上邊帶調(diào)制信號(hào)另外引入相移量θ，實(shí)現(xiàn)陷波濾波的調(diào)諧，因此第n個(gè)抽頭的相移為：Δφ_n＝Δφ'_n+nθ，Δφ'_n為第n個(gè)抽頭的初始相位0°或180°，nθ為第n個(gè)抽頭額外引入相移量，因此陷波中心頻率可以由此得到f'_notch為初始陷波頻率，Δλ是輸入信號(hào)光的波長(zhǎng)間隔，D是單模光纖(9)的色散系數(shù)；根據(jù)引入的相移量θ在0到360°內(nèi)變化時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)陷波頻率在一個(gè)自由頻譜范圍內(nèi)的調(diào)諧，而微波光子濾波器的自由頻譜范圍為其中T是由單模光纖9的色散引入的延遲，與自由頻譜范圍成倒數(shù)關(guān)系L是單模光纖9的長(zhǎng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)濾波器通帶中心頻率連續(xù)可調(diào)諧。

由附圖2可知，當(dāng)通過(guò)控制兩臺(tái)可調(diào)諧激光器輸出的波長(zhǎng)使基于四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生的多波長(zhǎng)光源的波長(zhǎng)間隔為1nm時(shí)，在17.58GHz和29.31GHz處分別存在兩個(gè)陷波(Notch1、Notch2)，通過(guò)引入相移量實(shí)現(xiàn)陷波位置(Notch1)向右調(diào)諧；當(dāng)相移量在0到360°內(nèi)變化時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)陷波位置(Notch1)在17.58GHz～29.31GHz內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。

本發(fā)明提出的這種可調(diào)諧陷波微波光子濾波器，利用四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生多波長(zhǎng)激光作為微波光子濾波器的光源，實(shí)現(xiàn)多抽頭；由波整形器(Waveshaper)控制相位調(diào)制后產(chǎn)生的光電流的相位和邊帶形成餡波，并另外引入相移量形成復(fù)系數(shù)實(shí)現(xiàn)陷波連續(xù)調(diào)諧，實(shí)現(xiàn)了濾波器通帶中心頻率的連續(xù)可調(diào)諧，且提高了調(diào)諧靈敏度，該濾波器具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作技術(shù)成熟，成本合適等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于國(guó)防、工業(yè)生產(chǎn)以及民用濾波領(lǐng)域。

應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，按本發(fā)明構(gòu)思所做出的顯而易見(jiàn)的改進(jìn)和修飾都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。