專利名稱：一種可實現(xiàn)負系數(shù)的微波光子濾波器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大容量微波光子通信領(lǐng)域，特別是提供了一種基于半導體光放大器和布拉格 光柵的可調(diào)的可實現(xiàn)負系數(shù)的微波光子濾波器結(jié)構(gòu)，尤其涉及直接在全光領(lǐng)域內(nèi)對射頻域信 號的濾波。
背景技術(shù)：
當前信息技術(shù)的發(fā)展促進了微波通信和光纖通信的迅速發(fā)展。微波通信能夠在任意方向 上發(fā)射、易于構(gòu)建和重構(gòu)，而且能實現(xiàn)與移動和手提設(shè)備的互聯(lián)；它傳輸成本低(通過大氣 傳輸)，采用蜂窩式系統(tǒng)具備高效的頻率利用率。但是微波通信主要面臨以下兩大問題 (1 )微波傳輸介質(zhì)對于高頻微波進行長距離傳輸時具有非常大的損耗； (2)大氣中日益增多的電磁輻射對人體健康和安全帶來不利的影響受到越來越多的關(guān)注。
光纖通信的特點是體積小、重量輕、超寬帶(大于40THz)、低損耗、可以實現(xiàn)幾十Gbit/s 的信號傳輸；在波長、頻率、時間上可多路合成；易于多路合成和分解及靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； 抗電磁干擾、無有害輻射，但是光纖通信的主要問題是移動性不夠。現(xiàn)在微波學與光學兩門 學科的優(yōu)勢結(jié)合形成了一門新學科——微波光子學，實現(xiàn)了微波和廣波之間的轉(zhuǎn)換。
微波光子學的研究領(lǐng)域可以分為兩類其一是處理微波信號的光電設(shè)備和系統(tǒng)的研究， 其二是光電設(shè)備和系統(tǒng)在微波信號處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究。
包括微波光子濾波器在內(nèi)的微波光子信號處理技術(shù)是當今國際學術(shù)界的一大研究熱點， 這些技術(shù)在許多民用和國防工業(yè)中有著重要的應(yīng)用。作為研究微波波段的高速光子器件及其 在微波/光波系統(tǒng)中的應(yīng)用的一門新興學科，微波光子學在器件和系統(tǒng)方面都有眾多的研究方 向。微波光子濾波器是其中的一個重要的子系統(tǒng)，成為多年來微波光子學的研究重點之一。 微波光子濾波器可以在RF系統(tǒng)或鏈路里實現(xiàn)與傳統(tǒng)微波濾波器相同的任務(wù)，但比起傳統(tǒng)的 電子微波濾波器，微波光子濾波器有著電磁兼容性、體積小、重量輕和較寬的工作帶寬等優(yōu) 點。所以微波光子濾波器在ROF系統(tǒng)中有著很好的發(fā)展前景。但是為了避免受到周圍環(huán)境的 影響，大多數(shù)的微波光子濾波器采用的是非相干的工作方式。在非相干區(qū)域里，濾波器的輸
出電流
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濾波器的系數(shù)為| |，可見濾波器的系數(shù)為正的，而正系數(shù)濾波器主要具有以下兩個缺陷
(1) 從濾波器的輸出波形可以看到，濾波器的敏感度下降和滾將系數(shù)不好，從而減小了 傳輸函數(shù)的范圍。
(2) 基帶范圍內(nèi)出現(xiàn)共振現(xiàn)象
如前所述，為實現(xiàn)非相干工作方式下克服這兩個缺陷的目標，即必須將濾波器帶有負的 抽頭系數(shù)。因此，本發(fā)明采用基于半導體光放大器和布拉格光纖光柵的微波光子濾波器的結(jié) 構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，可以實現(xiàn)負的抽頭系數(shù)，在性能上也能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以實現(xiàn)負系數(shù)的微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。即克服了在 非相干工作方式下只能產(chǎn)生正系數(shù)的缺陷，提高了性能，處理又都是在光域中實現(xiàn)的，性能 不受有源設(shè)備限制，應(yīng)用范圍較廣。
本發(fā)明由可調(diào)諧光源(1)， 3db分束器(2)，半導體光放大器SOA (3)，衰減器或放大 器(4)，耦合器(5)，環(huán)行器(6)，布拉格光柵(7)，光電檢測器(8)組成；可調(diào)諧光源(1) 的輸出端通過光纖與3db分束器(2)入端相連，3db分束器(2)兩輸出端分別與半導體光 放大器SOA (3)的輸入端相連，在3db分束器(2)上加載射頻信號。兩個半導體光放大器 SOA (3)的輸出端與一個衰減器或放大器(4)相連，兩個衰減器或放大器(4)的輸出端通 過光纖相連后與耦合器(5)的輸入端相連，耦合器(5)的輸出端與環(huán)行器相連，環(huán)行器的 一個輸出端與布拉格光柵(7)的輸入端相連。環(huán)行器(6)的另一個輸出端與光電檢測器(8) 相連，光電檢測器(8)的輸出端得到的就是濾波后的電信號。
這個可實現(xiàn)負系數(shù)的微波光子濾波器結(jié)構(gòu)主要由兩個濾波器組成，第一個濾波器由兩個 半導體光放大器(SOA)組成。如圖3所示信號源發(fā)出的脈沖是可變速率的高斯脈沖序列(源 波長)。信號探測光為半導體激光器發(fā)射出的連續(xù)光波，連續(xù)光波長和功率可調(diào)。探測光通過 3dB分束器，被分成兩束光分別注入上、下臂，其中上面一束是通過藕合器，與信號光一同 注入上臂S0A1，在上臂S0A1中，信號光通過調(diào)制SOA有源區(qū)的折射率n來調(diào)制探測光的 相位，使上下臂的探測光之間產(chǎn)生相位差，兩個SOA分別與衰減器或放大器連接，從上、 下臂的SOA輸出的兩束光進入耦合器，在耦合器中兩束探測光相互干涉，從耦合器輸出的混 合光進入第二個濾波器，濾波器中心頻率與探測光中心頻率相同。從SOA輸出的光是通過環(huán) 形器與第二個濾波器相連的，環(huán)形器的輸入端輸入的是經(jīng)過半導體光放大器轉(zhuǎn)換后的光信號， 第一個輸出端是將轉(zhuǎn)換后的電信號與布拉格光柵相連，進行可調(diào)諧的實現(xiàn)，環(huán)形器的第二個 輸出端是輸出的信號是由兩個濾波器傳輸函數(shù)合成的電信號，環(huán)行器的第二個輸出端與光電 檢測器相連將電信號轉(zhuǎn)換成光信號。第二個濾波器是由一對布拉格光纖光柵來實現(xiàn)的，這兩個光纖光柵的中心反射波長和光源的波長相同，第一個光柵是半透半反射型的，第二個光柵 是全反射型的。這樣進入光柵對的光，在第一個光柵處一部分被反射， 一部分透射，然后經(jīng) 過第二個光柵全部反射回，又經(jīng)過第一個光柵發(fā)射透射，每一次發(fā)射或透射的輸出的時間間 隔都相同，這樣就形成了一個無限沖擊響應(yīng)的濾波器。而最后整個濾波器的傳輸函數(shù)是由這 兩個函數(shù)合成。
本發(fā)明的特征在于由于半導體光放大器有源區(qū)的折射率同載流子密度有關(guān)，輸入光信 號強度的變化會使半導體光放大器的折射率隨之改變，這樣光信號在兩個臂上的光程不相等， 產(chǎn)生相差，由于這個濾波器的傳遞函數(shù)是由兩個半導體光放大器所引起的相位差函數(shù)，具有 余弦函數(shù)特性。因此通過控制兩臂上半導體光放大器的偏置電流，選擇適當?shù)妮斎牍庑盘柕?功率，可以獲得較小的誤碼率。而布拉格光纖光柵的反射系數(shù)可以根據(jù)具體的條件進行設(shè)定， 可以獲得較高的消光比。
本發(fā)明的優(yōu)點由于采用兩個半導體光放大器的波長變換方式和布拉格光柵的反射透射 方式使得產(chǎn)生負的抽頭系數(shù)，并且對于有較小的消光比的輸入信號，變換后信號的消光比可 以得到有效的提高，在性能上也能滿足要求。


圖1為已有基于半導體光放大器的交叉增益調(diào)制器負系數(shù)的微波光子濾波器結(jié)構(gòu)框圖。 圖2為利用電光調(diào)制器的傳輸函數(shù)正負線性斜率部分來實現(xiàn)反相位調(diào)制實現(xiàn)負系數(shù)的微
波光子濾波器結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本發(fā)明的基于半導體光放大器和布拉格光纖光柵的可實現(xiàn)負系數(shù)的微波光子濾波
器結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
基于半導體光放大器和布拉格光纖光柵的可實現(xiàn)負抽頭系數(shù)的微波光子濾波器結(jié)構(gòu)的
具體實施方式
是可調(diào)光源1輸出不同的波長的光信號分別輸入到兩個半導體光放大器3中， 通過半導體光放大器3，輸入的射頻信號加載在光載波上面，復合信號之后被送入到衰減器 或放大器4，這樣使得相位翻轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)微波光子濾波器的負抽頭系數(shù)的功能。衰減器或 是放大器4的選擇是通過濾波系數(shù)的大小來確定的。然后將變換后的光信號傳入布拉格光纖 光柵對7，通過分別調(diào)節(jié)兩個布拉格光纖光柵7反射系數(shù)來達到較高的性能。然后通過環(huán)行 器6將經(jīng)過兩個濾波器處理后的光信號與光電檢測器8相連，將光信號轉(zhuǎn)化為射頻信號，得 到的信號就是濾波信號，最終直接實現(xiàn)了在光頻域?qū)ι漕l域信號濾波。
權(quán)利要求
1、一種可實現(xiàn)負系數(shù)的微波光子濾波器結(jié)構(gòu)，其特征在于該微波光子濾波器由可調(diào)諧光源(1)，3db分束器(2)，半導體光放大器SOA(3)，衰減器或放大器(4)，耦合器(5)，環(huán)行器(6)，布拉格光柵(7)，光電檢測器(8)組成；可調(diào)諧光源(1)的輸出端通過光纖與3db分束器(2)輸入端相連，3db分束器(2)兩輸出端分別與半導體光放大器SOA(3)的輸入端相連，在3db分束器(2)上加載射頻信號，兩個半導體光放大器SOA(3)的輸出端與一個衰減器或放大器(4)相連，兩個衰減器或放大器(4)的輸出端通過光纖相連后與耦合器(5)的輸入端相連，耦合器(5)的輸出端與環(huán)行器(6)相連，環(huán)行器(6)的一個輸出端與布拉格光柵(7)的輸入端相連，環(huán)行器(6)的另一個輸出端與光電檢測器(8)相連，光電檢測器(8)的輸出端得到的就是濾波后的電信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于兩個半導體光放大器(3)被非對稱的放 置在兩個臂上，由于受幅度調(diào)制的光信號的強弱變化，導致折射率隨之變化，調(diào)節(jié)功率至兩 臂相位差為;r時，就實現(xiàn)了負系數(shù)的微波光子濾波器。
3、 根據(jù)權(quán)利1要求所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于兩個半導體光放大器(3)的波長變換器 結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)是兩個半導體光放大器中所引起的相位差的函數(shù)，具有余弦函數(shù)特性。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，兩個布拉格光柵(7)形成一個濾波器， 這兩個光柵的中心反射波長和光源的波長相同，第一個布拉格光柵是半透半反射型的，第二 個布拉格光柵是全反射型的；使進入布拉格光柵的光，在第一個布拉格光柵處一部分被反射， 一部分透射，然后經(jīng)過第二個布拉格光柵全部反射回，通過調(diào)節(jié)布拉格光柵的反射系數(shù)實現(xiàn) 可調(diào)諧的功能。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，環(huán)形器(6)的輸入端輸入的是經(jīng)過半導 體光放大器轉(zhuǎn)換后的光信號，第一個輸出端是將轉(zhuǎn)換后的電信號與布拉格光柵(7)相連，進 行可調(diào)諧的實現(xiàn)，環(huán)形器(6)的第二個輸出端是輸出的信號是由兩個濾波器傳輸函數(shù)合成的 電信號，環(huán)行器(6)的第二個輸出端與光電檢測器相連將電信號轉(zhuǎn)換成光信號。
全文摘要
一種可實現(xiàn)負系數(shù)的微波光子濾波器結(jié)構(gòu)，屬于大容量微薄光子通信領(lǐng)域。該結(jié)構(gòu)由可調(diào)諧光源(1)，3db分束器(2)，半導體光放大器SOA(3)，衰減器或放大器(4)，耦合器(5)，環(huán)行器(6)，布拉格光柵(7)，光電檢測器(8)組成。優(yōu)點在于，實現(xiàn)微波光子濾波器的可實現(xiàn)負系數(shù)的特性，最后經(jīng)過光電二極管光信號被轉(zhuǎn)化成射頻信號，直接實現(xiàn)了在光域?qū)ι漕l信號濾波的功能。
文檔編號H04B10/12GK101436904SQ20081023976
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者娜 劉, 周賢偉, 王建萍 申請人:北京科技大學