本發(fā)明屬于微波光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于受激布里淵散射效應(yīng)、相位調(diào)制和光學(xué)濾波的用于超寬帶(UWB)信號的可調(diào)諧微波光子陷波濾波器。

背景技術(shù)：

2002年，美國聯(lián)邦通訊委員會批準(zhǔn)了超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)技術(shù)在短距無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用，將3.1GHz到10.6GHz這一頻段開放出來作為商用。由于超寬帶信號具有多徑分辨能力強(qiáng)、傳輸速率高、功耗低、靈活性和機(jī)動性較好等優(yōu)點，因此在傳感器網(wǎng)絡(luò)、短距離高速率無線通信和雷達(dá)等系統(tǒng)中得到了大量關(guān)注。在超寬帶信號的標(biāo)準(zhǔn)定義中，其功率譜密度較低，因而通信距離受限，一般在幾米到幾十米的范圍內(nèi)。光載超寬帶技術(shù)利用大帶寬、損耗低以及成本低的光纖來提高超寬帶脈沖信號的覆蓋范圍，對于超寬帶無線通信覆蓋范圍的進(jìn)一步提高起到了關(guān)鍵的作用。

在超寬帶信號的頻帶范圍3.1GHz到10.6GHz內(nèi)，由于存在無線局域網(wǎng)WLAN(5.725GHz-5.850GHz)、Wimax(3.4GHz-3.6GHz)和衛(wèi)星通行(8GHz)等已經(jīng)被使用的頻段，為了消除這些無線通信系統(tǒng)之間的干擾，需要設(shè)計具有陷波特性的濾波器。目前，用于超寬帶信號的陷波濾波器主要是電學(xué)濾波器，通常采用多模諧振器法、共面波導(dǎo)法、優(yōu)化短截線法以及低通高通濾波器結(jié)合法等，但是電學(xué)濾波器普遍存在的問題是重構(gòu)能力和調(diào)諧能力差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于受激布里淵散射效應(yīng)、相位調(diào)制和光學(xué)濾波的用于超寬帶信號的可調(diào)諧微波光子陷波濾波器。

本發(fā)明所述的用于超寬帶信號的可調(diào)諧微波光子陷波濾波器結(jié)構(gòu)如圖1所示，由激光器，第一光耦合器，相位調(diào)制器，第一可調(diào)諧光濾波器，高非線性光纖，第一微波信號源，第一強(qiáng)度調(diào)制器，第二可調(diào)諧光濾波器，第二微波信號源，第二強(qiáng)度調(diào)制器，第三可調(diào)諧光濾波器，第二光耦合器，光環(huán)行器，光電探測器和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀組成。

激光器發(fā)出的光信號經(jīng)第一光耦合器被分成三個支路，即第一支路101、第二支路201和第三支路301；第一支路101中的光信號經(jīng)相位調(diào)制器被網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的信號調(diào)制后送入第一可調(diào)諧光濾波器，經(jīng)第一可調(diào)諧光濾波器濾波后進(jìn)入高非線性光纖中，作為受激布里淵散射效應(yīng)的探測光；第二支路201中的光信號經(jīng)第一強(qiáng)度調(diào)制器被第一微波信號源輸出的微波信號調(diào)制后送入到第二可調(diào)諧光濾波器中，被第二可調(diào)諧光濾波器濾出調(diào)制之后的上邊帶信號；第三支路301中的光信號經(jīng)第二強(qiáng)度調(diào)制器被第二微波信號源輸出的微波信號調(diào)制后送入到第三可調(diào)諧光濾波器中，被第三可調(diào)諧光濾波器濾出調(diào)制之后的上邊帶信號；第二可調(diào)諧光濾波器和第三可調(diào)諧光濾波器的輸出信號經(jīng)第二光耦合器之后進(jìn)入到光環(huán)形器的1端口，然后由光環(huán)形器的2端口進(jìn)入到高非線性光纖中，作為受激布里淵散射效應(yīng)的泵浦光，此泵浦光和第一可調(diào)諧光濾波器輸出的探測光發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)，經(jīng)受激布里淵散射效應(yīng)處理的探測光信號再由光環(huán)形器的2端口輸入，然后由光環(huán)形器的3端口輸出，經(jīng)光電探測器光電轉(zhuǎn)換之后輸入到網(wǎng)絡(luò)分析儀中，從而由網(wǎng)絡(luò)分析儀測試出本發(fā)明所述濾波器的頻率響應(yīng)。

激光器輸出頻率為f_c的光信號(連續(xù)光)，經(jīng)第一光耦合器平均分成三個支路，第一支路101的光信號送入到相位調(diào)制器中作為光載波，矢量網(wǎng)絡(luò)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相位調(diào)制器加載到光載波上，經(jīng)相位調(diào)制器后輸出相位相反、強(qiáng)度相等的一系列一階上邊帶和下邊帶信號(圖2(1))，相位調(diào)制器輸出的信號進(jìn)入到第一光濾波器濾波，第一可調(diào)諧光濾波器的中心頻率設(shè)置為f_c+3.75GHz，帶寬設(shè)為13.7GHz，如圖2(2)，經(jīng)第一可調(diào)諧光濾波器濾波之后的信號(圖2(3))進(jìn)入到高非線性光纖中作為受激布里淵散射效應(yīng)的探測光。

第二支路201的光信號送入到第一強(qiáng)度調(diào)制器中作為光載波信號，然后通過第一強(qiáng)度調(diào)制器被第一微波信號源輸出的頻率為f₁的微波信號調(diào)制，調(diào)制后輸出的雙邊帶信號經(jīng)第二可調(diào)諧光濾波器后得到下邊帶信號f_c-f₁(圖2(4))；第三支路301的光信號送入到第二強(qiáng)度調(diào)制器中作為光載波信號，然后通過第二強(qiáng)度調(diào)制器被第二微波信號源輸出的頻率為f₂微波信號調(diào)制，調(diào)制后輸出的雙邊帶信號經(jīng)第三可調(diào)諧光濾波器后得到下邊帶信號f_c-f₂(圖2(5))。

下邊帶信號f_c-f₁和f_c-f₂經(jīng)第二光耦合器耦合后進(jìn)入到光環(huán)形器的1端口，然后由光環(huán)形器的2端口進(jìn)入到高非線性光纖中，作為受激布里淵散射效應(yīng)的泵浦光，頻率為f_c-f₁的泵浦光信號在頻率為f_c-f₁+f_B(f_B為布里淵頻移量，一般取f_B＝10GHz)的頻率處產(chǎn)生損耗譜，頻率為f_c-f₂的泵浦光信號在頻率為f_c-f₂+f_B的頻率處產(chǎn)生損耗譜(圖2(6))；

經(jīng)受激布里淵散射效應(yīng)處理的探測光信號再由光環(huán)形器的2端口輸入，然后由光環(huán)形器的3端口輸出，經(jīng)光電探測器光電轉(zhuǎn)換之后輸入到網(wǎng)絡(luò)分析儀中，由于相位調(diào)制器輸出的一階上、下邊帶信號的強(qiáng)度相等且相位相反，而第一可調(diào)諧光濾波器的中心頻率設(shè)置為f_c+3.75GHz，帶寬為13.7GHz，因此網(wǎng)絡(luò)分析儀上顯示3dB帶寬從3.1GHz到10.6GHz的通帶響應(yīng)，又因為受激布里淵散射效應(yīng)，因此會產(chǎn)生中心頻率為f_B-f₁和f_B-f₂的兩個陷波(圖2(7))。

通過改變第一微波信號源和第二微波信號源的頻率，可以改變泵浦信號f_c-f₁和f_c-f₂的頻率，從而實現(xiàn)陷波中心頻率的調(diào)節(jié)；通過增加泵浦光的支路的數(shù)量可以實現(xiàn)多個陷波的超寬帶濾波。

本發(fā)明選用波長為1550nm(對應(yīng)頻率為f_c＝193.414THz)的激光器作載波光源，相位調(diào)制器的光波長為1525nm～1605nm，帶寬為32GHz；網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率范圍為40MHz～20GHz；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Γ_B＝30MHz，布里淵頻移量f_B＝10GHz，光纖長度為1000米，增益和損耗峰值為5；第一強(qiáng)度調(diào)制器和第二強(qiáng)度調(diào)制器的帶寬為20GHz；第一微波信號源和第二微波信號源的輸出頻率范圍為100kHz～20GHz；第一可調(diào)諧光濾波器、第二可調(diào)諧光濾波器和第三可調(diào)諧光濾波器的波長范圍為1480～1620nm，帶寬可調(diào)范圍為4～80GHz，邊緣陡峭度為800dB/nm。

設(shè)定第一可調(diào)諧光濾波器的中心頻率為197.164GHz、帶寬為13.7GHz，第二可調(diào)諧光濾波器的中心頻率為186.914GHz、帶寬為4GHz，第三可調(diào)諧光濾波器的中心頻率為189.2015GHz、帶寬為4GHz，第一微波信號源的頻率為6.5GHz，第二微波信號源的頻率為4.2125GHz，則會產(chǎn)生頻率從3.1GHz到10.6GHz的通帶，此通帶為超寬帶信號的頻率范圍，并在中心頻率為3.5GHz和5.7875GHz處產(chǎn)生兩個陷波。

本發(fā)明所述的微波光子陷波濾波器的特點：

(1)通過受激布里淵散射效應(yīng)、相位調(diào)制和光學(xué)濾波相結(jié)合，實現(xiàn)用于超寬帶信號的可調(diào)諧微波光子陷波濾波器。

(2)通過改變泵浦光信號的數(shù)量，可以改變陷波的個數(shù)。

(3)通過改變泵浦光的頻率，可以實現(xiàn)陷波中心頻率的調(diào)諧。

附圖說明

圖1：具有陷波功能的超寬帶微波光子濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：超寬帶微波光子陷波濾波器頻譜處理示意圖；

圖3：超寬帶微波光子陷波濾波器響應(yīng)曲線。

具體實施方式

實施例1：

激光器為Santec公司的TSL-510可調(diào)激光器，激光器的波長設(shè)定為1550nm(對應(yīng)頻率為f_c＝193.414THz)；第一相位調(diào)制器為Photline公司的MPZ-LN-40，其帶寬為32GHz；網(wǎng)絡(luò)分析儀為安捷倫的8722ES矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，頻率范圍為40M-20GHz；泰克公司的光電探測器，帶寬為20GHz；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Γ_B＝30MHz，布里淵頻移f_B＝10GHz，光纖長度為1000米，增益和損耗峰值為5；第一強(qiáng)度調(diào)制器和第二強(qiáng)度調(diào)制器為Photline公司的MXAN-LN-20，帶寬為20GHz；第一微波信號源和第二微波信號源為安捷倫公司的微波信號發(fā)生器E8257D，輸出頻率范圍為100kHz～20GHz；第一可調(diào)諧光濾波器、第二可調(diào)諧光濾波器和第三可調(diào)諧光濾波器為Yenista公司XTM-50Ultrafine，波長范圍為1480～1620nm，帶寬可調(diào)范圍為4～80GHz，邊緣陡峭度為800dB/nm。

按圖1連接好相應(yīng)的儀器設(shè)備，第一激光器的頻率設(shè)定為f_c＝193.414THz，網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出頻率范圍為40MHz～20GHz的微波信號通過第一相位調(diào)制器加載到光載波上，第一相位調(diào)制器輸出的信號經(jīng)過中心頻率為197.164GHz、帶寬為13.7GHz的第一可調(diào)諧光濾波器濾波之后，僅有頻率范圍為190.314GHz～204.014GHz內(nèi)的一階上、下邊帶被保留下來，此信號作為探測光進(jìn)入到高非線性光纖中。第一微波信號源輸出頻率為6.5GHz的微波信號，通過第一強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制第二支路201的光信號，調(diào)制后的雙邊帶信號進(jìn)入到第二可調(diào)諧光濾波器中，設(shè)置第二可調(diào)諧光濾波器的中心頻率為186.914GHz，帶寬為4GHz，即從第一強(qiáng)度調(diào)制器輸出的雙邊帶信號中選擇出頻率為186.914GHz的下邊帶信號。第二微波信號源輸出頻率為4.2125GHz的信號微波信號，通過第二強(qiáng)度調(diào)制器調(diào)制第三支路301的光信號，調(diào)制后的雙邊帶信號進(jìn)入到第三可調(diào)諧光濾波器中，設(shè)置第三可調(diào)諧光濾波器的中心頻率為189.2015GHz，帶寬為4GHz，即從第二強(qiáng)度調(diào)制器輸出的雙邊帶信號中選擇出頻率為189.2015GHz的下邊帶信號。第二可調(diào)諧光濾波器和第三可調(diào)諧光濾波器輸出的頻率為186.914GHz和189.2015GHz的信號經(jīng)第二光耦合器耦合后進(jìn)入到光環(huán)形器的1端口，然后由光環(huán)形器的2端口進(jìn)入到高非線性光纖中，作為受激布里淵散射效應(yīng)的泵浦光，頻率為186.914GHz的泵浦光信號在頻率為196.914GHz的頻率處產(chǎn)生損耗譜，頻率為189.2015GHz的泵浦光信號在頻率為199.2015GHz的頻率處產(chǎn)生損耗譜。由于相位調(diào)制器輸出的一階上、下邊帶信號的強(qiáng)度相等且相位相反，而光濾波器中心頻率設(shè)置為197.164GHz，帶寬為13.7GHz，因此網(wǎng)絡(luò)分析儀上顯示3dB帶寬從3.1GHz到10.6GHz的通帶響應(yīng)，并在中心頻率為3.5GHz和5.7875GHz處產(chǎn)生兩個陷波，見圖3。