本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域和微波光子學(xué)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種窄帶光學(xué)陷波濾波器。

背景技術(shù)：

陷波濾波器(notch filter)是一種特殊的帶阻濾波器(阻帶極窄)，主要用于濾除系統(tǒng)中不必要的高幅度干擾信號，因此可以有效消除噪聲帶來的影響。特別的，在正交頻分復(fù)用(OFDM)以及微波信號的光學(xué)處理中，由于信道間隔很窄、光譜范圍較大，相鄰信道之間的串?dāng)_就需要一種帶寬較窄并且自由頻譜范圍(FSR)較大的光學(xué)濾波器來濾除噪聲。

傳統(tǒng)的周期性陷波濾波器雖然在某些指標(biāo)上已經(jīng)達(dá)到較高的水準(zhǔn)，但是由于濾波器響應(yīng)存在周期性，其FSR與3dB帶寬之間存在制約關(guān)系，使得傳統(tǒng)陷波濾波器無法同時獲得較窄的帶寬與較大的FSR。在文獻(xiàn)(Xu E，Zhang X，Zhou L，et al.A simple microwave photonic notch filter based on a semiconductor optical amplifier[J].Journal of Optics A Pure&Applied Optics，2009，11(8):85405-85409(5).)中，利用SOA交叉相位調(diào)制實現(xiàn)了負(fù)系數(shù)無限沖激響應(yīng)的陷波濾波器，其3dB帶寬為42.48kHz，但是FSR僅為23.07MHz，該方案在對頻譜較寬的信號進(jìn)行陷波濾波時，同時會濾除部分信號頻率，造成信號缺失。

光纖中的受激布里淵散射(SBS)效應(yīng)具有非常窄的增益帶寬(3dB帶寬約為10MHz)，并且SBS的響應(yīng)沒有周期性，因此可以基于SBS構(gòu)建單通帶或單阻帶的窄帶濾波器。但是現(xiàn)有基于SBS損耗譜原理實現(xiàn)的陷波濾波器還存在隔離度較小、帶寬較大的缺點，缺乏實用價值。在文獻(xiàn)(Marpaung D，Pant R，Morrison B，et al.Microwave photonic notch filter using on-chip stimulated Brillouin scattering[C]//Lasers and Electro-Optics Pacific Rim.IEEE，2013.)中，提出了利用受激布里淵散射(SBS)效應(yīng)的損耗譜實現(xiàn)單阻帶的陷波濾波器，但是該方案在整個頻譜范圍內(nèi)，隔離度較小僅為19±1.7dB，3dB帶寬較大，為126±6.7MHz，因此該濾波器的陷波濾波的效果不佳。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種窄帶光學(xué)陷波濾波器，旨在解決現(xiàn)有基于SBS損耗譜的陷波濾波器隔離度較小，3dB帶寬較大的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種窄帶光學(xué)陷波濾波器，包括光源模塊、光耦合器、第一SBS濾波模塊、光功率調(diào)節(jié)模塊和第二SBS濾波模塊，其中：

第一、第二SBS濾波模塊均具有第一端口、第二端口和第三端口；光源模塊產(chǎn)生泵浦光；光耦合器將泵浦光分為光功率相等的兩束泵浦光，分別輸入第一、第二SBS濾波模塊的第一端口；信號光輸入第一SBS濾波模塊的第二端口；第一SBS濾波模塊產(chǎn)生SBS效應(yīng)，濾波后的信號光從第一SBS濾波模塊的第三端口輸出，為中間信號；光功率調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)中間信號的光功率，輸入第二SBS濾波模塊的第二端口；第二SBS濾波模塊產(chǎn)生SBS效應(yīng)，經(jīng)二次濾波的信號從第二SBS濾波模塊的第三端口輸出。

進(jìn)一步的，光源模塊由可調(diào)諧激光器、摻鉺光纖放大器與可調(diào)光衰減器串聯(lián)組成。可調(diào)諧激光器的輸出光功率通過所述摻鉺光纖放大器與可調(diào)光衰減器實現(xiàn)光功率調(diào)節(jié)。可調(diào)光衰減器的輸出端作為光源模塊的輸出端。

進(jìn)一步的，第一SBS濾波模塊包括可調(diào)光衰減器、光環(huán)形器、SBS增益介質(zhì)、光隔離器以及偏振控制器?？烧{(diào)光衰減器的輸入端作為第一SBS濾波模塊的第一端口，泵浦光通過第一端口輸入；偏振控制器的輸入端為第一SBS濾波模塊的第二端口，信號光從第二端口輸入；光環(huán)形器的第三端口作為第一SBS濾波模塊的第三端口，輸出中間信號。

進(jìn)一步的，光功率調(diào)節(jié)模塊由摻鉺光纖放大器與可調(diào)光衰減器串聯(lián)組成。摻鉺光纖放大器的輸入端作為光功率調(diào)節(jié)模塊的輸入端；可調(diào)光衰減器的輸出端作為光功率調(diào)節(jié)模塊的輸出端。

進(jìn)一步的，第二SBS濾波模塊結(jié)構(gòu)與第一SBS濾波模塊相同。

更進(jìn)一步的，第一SBS濾波模塊、第二SBS濾波模塊中的SBS增益介質(zhì)的長度以及可調(diào)光衰減器的衰減值存在差別。

本發(fā)明中，信號光的頻率需位于泵浦光的Anti-Stokes散射光頻率處，即滿足條件f_S-f_P＝f_B(其中，f_S為信號光頻率，f_P為泵浦光頻率，f_B為布里淵頻移)，SBS效應(yīng)的結(jié)果是使信號光的能量轉(zhuǎn)移到信號光的Stokes光，進(jìn)而放大泵浦光。因此在與信號光傳輸方向相同的方向上，由于能量被消耗，形成了SBS損耗譜，進(jìn)而達(dá)到了對信號光的陷波濾波效果。為避免經(jīng)過第一級陷波濾波后，SBS損耗譜陷波中心的功率低于SBS閾值，進(jìn)而無法產(chǎn)生SBS效應(yīng)。因此，需要對經(jīng)過第一SBS濾波模塊后的中間光信號進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，使輸入第二SBS濾波模塊的光信號大于SBS閾值，因此發(fā)生進(jìn)一步的陷波濾波，獲得更大的隔離度。

更進(jìn)一步的，由于SBS損耗譜的3dB帶寬與泵浦功率有關(guān)，因此，加入雙級濾波結(jié)構(gòu)后，可以適當(dāng)降低泵浦功率，以獲得較小的3dB帶寬。

總體而言，本發(fā)明所設(shè)計的雙級SBS陷波濾波器與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，通過泵浦光分束、雙級濾波結(jié)構(gòu)以及雙級結(jié)構(gòu)之間的功率調(diào)節(jié)模塊，實現(xiàn)了信號光的二次濾波，進(jìn)而可以獲得隔離度更高、3dB帶寬更窄的SBS陷波濾波器。

附圖說明

圖1為一種窄帶光學(xué)陷波濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一種窄帶光學(xué)陷波濾波器的一個較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為基于雙級結(jié)構(gòu)的窄帶光學(xué)陷波濾波器的原理示意圖；

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1為光源模塊，2、8為光耦合器，3為第一SBS濾波模塊，4為光功率調(diào)節(jié)模塊，5為第二SBS濾波模塊，6為射頻調(diào)制模塊，7為光電探測器；1-1為可調(diào)諧激光器，1-2為摻鉺光纖放大器，1-3為可調(diào)光衰減器；3-1為可調(diào)光衰減器，3-2為光環(huán)形器，3-3為高非線性光纖，3-4為光隔離器，3-5為偏振控制器；4-1為摻鉺光纖放大器，4-2為可調(diào)光衰減器；5-1為可調(diào)光衰減器，5-2為光環(huán)形器，5-3為高非線性光纖，5-4為光隔離器，5-5為偏振控制器；6-1為第一光強度調(diào)制器，6-2為第一可調(diào)光濾波器，6-3為第二光強度調(diào)制器，6-4為第二可調(diào)光濾波器。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明提出的窄帶光學(xué)陷波濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括如下結(jié)構(gòu)：光源模塊1、光耦合器2、第一SBS濾波模塊3、光功率調(diào)節(jié)模塊4以及第二SBS濾波模塊5；光源模塊1的輸出端與光耦合器2的輸入端相連；光耦合器2的兩個輸出端分別連接第一SBS濾波模塊3和第二SBS濾波模塊5各自的一個輸入端；第一SBS濾波模塊3的輸出端與光功率調(diào)節(jié)模塊4的輸入端相連；光功率調(diào)節(jié)模塊4的輸出端與第二SBS濾波模塊5的另一個輸入端相連；

光源模塊1產(chǎn)生泵浦光；光耦合器2將泵浦光分為兩束，分別作為兩級濾波模塊的泵浦光；第一SBS濾波模塊3對信號光進(jìn)行陷波濾波，產(chǎn)生中間信號；光功率調(diào)節(jié)模塊4調(diào)整中間信號的光功率；第二SBS濾波模塊5對中間信號再次進(jìn)行陷波濾波，實現(xiàn)信號光的輸出。

圖2為本發(fā)明提出的窄帶光學(xué)陷波濾波器的一個較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖：

其中，光源模塊1由可調(diào)諧激光器1-1，摻鉺光纖放大器1-2和可調(diào)光衰減器1-3組成；可調(diào)諧激光器1-1的輸出端與摻鉺光纖放大器1-2的輸入端相連；摻鉺光纖放大器1-2的輸出端與可調(diào)光衰減器1-3的輸入端相連；可調(diào)光衰減器1-3的輸出端作為光源模塊1的輸出端；可調(diào)諧激光器1-1產(chǎn)生激光光源，摻鉺光纖放大器1-2和可調(diào)光衰減器1-3調(diào)整輸出光源模塊的光功率大小。

其中，第一光耦合器2的輸入端與光源模塊1的輸出端相連；第一光耦合器2的一個輸出端作為信號光輸入射頻調(diào)制模塊6，另一個輸出端作為泵浦光輸入第二光耦合器8；第二光耦合器8包含兩個輸出端，將泵浦光分成兩束，分別輸入第一、第二SBS濾波模塊的第一端口；

其中，射頻調(diào)制模塊6由第一光強度調(diào)制器6-1，第一可調(diào)光濾波器6-2，第二光強度調(diào)制器6-3和第二可調(diào)光濾波器6-4順次相連組成；第一光強度調(diào)制器6-1和第一可調(diào)光濾波器6-2對信號光進(jìn)行移頻；第二光強度調(diào)制器6-3和第二可調(diào)光濾波器6-4把射頻信號加載到信號光上。

其中，第一SBS濾波模塊3由可調(diào)光衰減器3-1，光環(huán)形器3-2，高非線性光纖3-3，光隔離器3-4，偏振控制器3-5組成；可調(diào)光衰減器3-1的輸入端作為第一SBS濾波模塊3的輸入端，輸入泵浦光；可調(diào)光衰減器3-1的輸出端與光環(huán)形器3-2的第一端口相連；偏振控制器3-5的輸入端作為第一SBS濾波模塊3的另一個輸入端，輸入信號光；偏振控制器3-5，光隔離器3-4，高非線性光纖3-3和光環(huán)形器3-2的第二端口順次相連；光環(huán)形器3-2的第三端口作為第一SBS濾波模塊3的輸出端與光功率調(diào)節(jié)模塊4的輸入端相連；

可調(diào)光衰減器3-1調(diào)節(jié)進(jìn)入濾波模塊內(nèi)的泵浦光功率，光環(huán)形器3-2控制光信號的傳輸方向，高非線性光纖3-3中產(chǎn)生SBS效應(yīng)，光隔離器3-4實現(xiàn)光信號的定向傳輸，偏振控制器3-5控制信號光的偏振態(tài)，使信號光的偏振態(tài)與泵浦光的偏振態(tài)相匹配。

其中，光功率調(diào)節(jié)模塊4由摻鉺光纖放大器4-1和可調(diào)光衰減器4-2順次相連組成；摻鉺光纖放大器4-1的輸入端作為光功率調(diào)節(jié)模塊4的輸入端，輸入中間信號；可調(diào)光衰減器4-2的輸出端作為光功率調(diào)節(jié)模塊4的輸出端，輸出經(jīng)功率調(diào)節(jié)后的中間信號；

其中，第二SBS濾波模塊5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與第一SBS濾波模塊3完全相同，區(qū)別在于：輸入第二SBS濾波模塊的信號為經(jīng)過功率調(diào)節(jié)單元的中間信號；輸入第二SBS濾波模塊的泵浦光為第二光耦合器分路后的另一路泵浦光；第二SBS濾波模塊5的輸出端輸出經(jīng)過二次濾波的光信號。

本發(fā)明實施例中，利用射頻調(diào)制模塊實現(xiàn)射頻信號的移頻與加載。第一光強度調(diào)制器與第一可調(diào)光濾波器實現(xiàn)載波抑制的單邊帶調(diào)制(SSB-SC)，使信號光的中心頻率滿足條件f_L＞2f_B或f_B＜f_L＜2f_B，f_B為布里淵頻移，f_L為調(diào)制邊帶的中心頻率。目的在于使信號光的中心頻率與泵浦光或反射光的拍頻信號不會落在泵浦光的Anti-Stokes頻率處，進(jìn)而對陷波濾波產(chǎn)生干擾。

第二光強度調(diào)制器與第二可調(diào)光濾波器實現(xiàn)單邊帶調(diào)制(SSB)，將射頻信號加載到信號光。當(dāng)信號光的頻率位于泵浦光的Stokes散射光頻率處時，光纖中發(fā)生SBS效應(yīng)，泵浦光的能量轉(zhuǎn)移到Stokes光，進(jìn)而導(dǎo)致信號光被放大；而當(dāng)信號光的頻率位于泵浦光的Anti-Stokes散射光頻率處時，SBS效應(yīng)的結(jié)果是使信號光的能量轉(zhuǎn)移到信號光的Stokes光，進(jìn)而放大泵浦光，此時名義上的“信號光”實際上是泵浦光。因此在與信號光傳輸方向相同的方向上，由于能量被消耗，形成了SBS損耗譜，進(jìn)而達(dá)到了對信號光的陷波濾波效果。

本發(fā)明實例中，光源模塊產(chǎn)生的泵浦光為連續(xù)波，并且要求具有窄線寬(約為MHz量級)的特點。同時，由于光源模塊采用了可調(diào)諧激光器，通過調(diào)節(jié)激光器的中心波長，能夠?qū)崿F(xiàn)陷波濾波器陷波中心波長的調(diào)諧。

本發(fā)明實例中通過控制可調(diào)光衰減器來調(diào)節(jié)泵浦光與信號光的光功率，再通過光強度調(diào)制器調(diào)整泵浦光與信號光的頻率，滿足前述條件，使得泵浦光Anti-Stokes頻率處的SBS效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Stokes頻率處，進(jìn)而達(dá)到較好的陷波濾波效果。

下面結(jié)合圖3以及上述應(yīng)用實例對本發(fā)明的原理作進(jìn)一步說明：

圖3為基于雙級結(jié)構(gòu)的窄帶光學(xué)陷波濾波器的原理示意圖，由于經(jīng)過第一級SBS陷波濾波后，陷波中心的功率較小，若小于SBS閾值，則無法產(chǎn)生第二級的陷波濾波。因此，為了獲得隔離度更高的陷波濾波器，需要將中間光信號進(jìn)行一定的功率調(diào)節(jié)后，再經(jīng)過第二級SBS陷波濾波器。此時，由于輸入第二級的光信號大于SBS閾值，因此可以產(chǎn)生進(jìn)一步的能量轉(zhuǎn)移，獲得更大的隔離度。

同時，由于SBS損耗譜的3dB帶寬隨著信號功率的增加，會有一定程度的增加，因此通過降低輸入信號的功率可以獲得3dB帶寬更窄的陷波濾波器。并且由于采用了雙級的濾波結(jié)構(gòu)，可以在輸入信號功率降低的情況下，得到高于單級陷波濾波器的隔離度。因此，通過合理控制輸入信號的功率，雙級陷波濾波器可以獲得更窄3dB帶寬和更高的隔離度。

本發(fā)明實例中通過第一SBS濾波模塊和第二SBS濾波模塊之間的光功率調(diào)節(jié)模塊實現(xiàn)中間信號的功率調(diào)整，滿足輸入第二SBS濾波模塊的光信號大于SBS閾值，可以進(jìn)一步產(chǎn)生陷波濾波。

綜上所述，采用本發(fā)明所設(shè)計的雙級SBS陷波濾波結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)隔離度更高、3dB帶寬更窄的SBS陷波濾波器。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。