專利名稱：基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖通信和信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及射頻信號的光學(xué)處理。
背景技術(shù)：
微波光子濾波器是當(dāng)前微波光子學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)?？偟膩碚f微波光子濾波器可以用兩種方法實(shí)現(xiàn)一是相干方式；二是非相干方式。由于光相位容易受周圍環(huán)境的影響， 控制比較困難，目前的微波光子信號處理普遍采用非相干方式來實(shí)現(xiàn)。非相干濾波器的輸出和輸入射頻信號之間是線性關(guān)系，不受周圍環(huán)境對光相位擾動的影響。然而非相干濾波系統(tǒng)是信號的光強(qiáng)疊加，濾波器的抽頭系數(shù)為正，這使得微波光子濾波器在功能上具有很大的局限性。帶通和高通濾波器都很難用正系數(shù)的光學(xué)抽頭來實(shí)現(xiàn)，大大限制了濾波器傳輸函數(shù)。目前各國的研究工作主要集中在設(shè)計(jì)新型濾波器結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)負(fù)和復(fù)抽頭系數(shù)、Q值更高的頻率響應(yīng)、可調(diào)性、可重構(gòu)和更大的動態(tài)范圍等。所有這些研究都還處于基礎(chǔ)研究階段，許多關(guān)鍵技術(shù)問題尚待解決。實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器往往需要利用激光器陣列或者利用光譜切割寬帶光源，而前者的成本非常高昂，后者雖然降低了成本但是由于引入了過多的系統(tǒng)噪聲而降低了濾波器的性能。本文提出的基于多波長可調(diào)諧光纖激光器和雙折射光纖環(huán)鏡的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器利用可調(diào)諧多波長光纖激光器作為光源，通過調(diào)節(jié)其波長間隔實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器自由頻譜范圍的調(diào)諧，同時(shí)，本文還引入了一個(gè)雙折射光纖環(huán)鏡對從光源出來的多波長激光進(jìn)行功率切趾，這樣可以大幅度提高微波光子濾波器的邊瓣抑制比(MSR)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種低成本、結(jié)構(gòu)緊湊、可調(diào)諧、高邊瓣抑制比的新型微波光子帶通濾波器結(jié)構(gòu)包括泵源1、波分復(fù)用器2、摻鉺光纖3、偏振控制器一 4、偏振控制器二 6、偏振控制器三8和偏振控制器四12、偏振相關(guān)隔離器5、保偏光纖一 7、保偏光纖二 9和保偏光纖三 13、普通單模光纖一 10和普通單模光纖二 17、耦合器一 11、耦合器二 14、相位調(diào)制器15和光電探測器16 ；泵源1接波分復(fù)用器2的端口 a ；波分復(fù)用器2的端口 c接摻鉺光纖3的輸入端；摻鉺光纖3的輸出端接偏振控制器一 4的輸入端；偏振控制器一 4的輸出端接偏振相關(guān)隔離器5的輸入端；偏振相關(guān)隔離器5的輸出端接偏振控制器二 6的輸入端；偏振控制器二 6的輸出端接保偏光纖一 7的輸入端；保偏光纖一 7的輸出端接偏振控制器三8的輸入端；偏振控制器三8的輸出端接保偏光纖二 9的輸入端；保偏光纖二 9的輸出端接普通單模光纖一 10的輸入端；普通單模光纖一 10的輸出端接耦合器一 11的端口 a ；耦合器一 11的端口 b接波分復(fù)用器2的端口 b ；耦合器一 11的端口 c接耦合器二 14的端口 a ；耦合器二 14的端口 c接偏振控制器四12的輸入端；偏振控制器四12的輸出端接保偏光纖三13的輸入端；保偏光纖三13的輸出端接耦合器二 14的端口 d ；耦合器二 14的端口 b接相位調(diào)制器15的端口 a ；相位調(diào)制器15的端口 c接普通單模光纖二 17的輸入端；普通單模光纖二 17的輸出端接光電探測器16的輸入端；相位調(diào)制器15的端口 b為射頻輸入端口 ；光電探測器16的輸出端為輸出端口。所述的普通單模光纖一 10作為非線性偏振旋轉(zhuǎn)介質(zhì)，其長度介于3千米至8千米之間。所述的基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器，通過調(diào)節(jié)偏振控制器三8來調(diào)節(jié)保偏光纖一 7和保偏光纖二 9的有效雙折射強(qiáng)度，從而調(diào)節(jié)多波長光纖激光器的波長間隔。所述的保偏光纖三13的長度介于5米至10米之間，通過調(diào)節(jié)偏振控制器四12來控制雙折射光纖環(huán)鏡的透射譜，使其左右移動。所述的偏振控制器四12、保偏光纖三13和耦合器二 14組成雙折射光纖環(huán)鏡。所述的耦合器一 11為IOdB耦合器，耦合器二 14為3dB耦合器。所述的泵源1為980nm或1480nm的泵源。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過使用可調(diào)諧多波長光纖激光器來產(chǎn)生多波長激光信號，通過調(diào)節(jié)偏振控制器來實(shí)現(xiàn)波長間隔以及波長范圍的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器自由頻譜范圍(FSR)的調(diào)節(jié)；然后激光信號進(jìn)入包含有偏振控制器四和保偏光纖三和耦合器二組成的雙折射光纖環(huán)鏡，雙折射光纖環(huán)鏡的傳輸函數(shù)為梳狀譜，它的3dB帶寬可以通過選擇合適的保偏光纖長度調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)雙折射光纖環(huán)鏡中的偏振控制器控制梳狀譜左右移動，從而實(shí)現(xiàn)多波長激光和雙折射光纖環(huán)鏡波長的匹配，從而實(shí)現(xiàn)對多波長激光信號的切趾。然后經(jīng)切趾之后的多波長激光信號進(jìn)入相位調(diào)制器，經(jīng)過射頻信號的調(diào)制后被送入若干千米的普通單模光纖，實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制到強(qiáng)度調(diào)制的轉(zhuǎn)換(PM-IM)，然后經(jīng)過光電探測器后得到經(jīng)過濾波處理后的射頻信號。該發(fā)明通過調(diào)節(jié)偏振控制器調(diào)節(jié)多波長激光器的波長間隔實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器自由頻譜范圍的調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)雙折射光纖環(huán)鏡中的偏振控制器來實(shí)現(xiàn)多波長激光強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，從而增大濾波器的邊瓣抑制比；利用相位調(diào)制器和色散器件實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制到強(qiáng)度調(diào)制的轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)濾波器的負(fù)系數(shù)抽頭，從而實(shí)現(xiàn)帶通濾波。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)成本較低、具有很大的邊瓣抑制比、可以實(shí)現(xiàn)帶通濾波、并且它的帶通頻率是可調(diào)的、具有很好的穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(1)泵源、⑵波分復(fù)用器、(3)摻鉺光纖、⑷偏振控制器一、(5)偏振相關(guān)隔離器、(6)偏振控制器二、(7)保偏光纖一、(8)偏振控制器三、(9)保偏光纖二、(10)普通單模光纖一、(H)耦合器一、(12)偏振控制器四、(13)保偏光纖三、(14)耦合器二、(15) 相位調(diào)制器、(16)光電探測器、(17)普通單模光纖二
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的具體說明實(shí)施例1
這種高可調(diào)諧微波光子帶通濾波器結(jié)構(gòu)，它包括980nm或1480nm的泵源1、波分復(fù)用器2、摻鉺光纖3、偏振控制器一 4、偏振相關(guān)隔離器5、偏振控制器二 6、偏振控制器三8 和偏振控制器四12、保偏光纖一 7、保偏光纖二 9和保偏光纖三13、普通單模光纖一 10和普通單模光纖二 17、耦合器一 11、耦合器二 14、相位調(diào)制器15和光電探測器16。中心波長為980nm或1480nm的泵源1接波分復(fù)用器2的端口 a ；波分復(fù)用器2的端口 c接摻鉺光纖3的輸入端；摻鉺光纖3的輸出端接偏振控制器一 4的輸入端；偏振控制器一 4的輸出端接偏振相關(guān)隔離器5的輸入端；偏振相關(guān)隔離器5的輸出端接偏振控制器二 6的輸入端；偏振控制器二 6的輸出端接保偏光纖一 7的輸入端；保偏光纖一 7的輸出端接偏振控制器三8的輸入端；偏振控制器三8的輸出端接保偏光纖二 9的輸入端；保偏光纖二 9的輸出端接普通單模光纖一 10的輸入端；普通單模光纖一 10的輸出端接耦合器一 11的端口 a ；耦合器一 11的端口 b接波分復(fù)用器2的端口 b ；耦合器一 11的端口 c接耦合器二 14的端口 a ；耦合器二 14的端口 c接偏振控制器四12的輸入端；偏振控制器四12的輸出端接保偏光纖三13的輸入端；保偏光纖三13的輸出端接耦合器二 14的端口 d ；耦合器二 14的端口 b接相位調(diào)制器15的端口 a ；相位調(diào)制器15的端口 c接普通單模光纖二 17 的輸入端；普通單模光纖二 17的輸出端接光電探測器16的輸入端；相位調(diào)制器15的端口 b為輸入端；光電探測器16的輸出端為輸出端。如附圖1所示，摻鉺光纖3作為增益介質(zhì)，保偏光纖一 7和保偏光纖二 9通過調(diào)節(jié)偏振控制器三8用來改變腔內(nèi)的雙折射強(qiáng)度，長度為3 5km的普通單模光纖一 10則用來增加光纖的非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，偏振控制器一 4、偏振控制器二 6和一個(gè)偏振相關(guān)隔離器 5用來改變激光腔內(nèi)的偏振態(tài)并且保證激光單向運(yùn)轉(zhuǎn)。波長為980nm或1480nm的激光經(jīng)過波分復(fù)用器2進(jìn)入摻鉺光纖3，激光在環(huán)形腔內(nèi)順時(shí)針單向運(yùn)轉(zhuǎn)，最后由耦合器一 11的端口 c輸出。非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)是多波長輸出的關(guān)鍵，通過調(diào)節(jié)偏振控制器三8可以實(shí)現(xiàn)波長間隔的調(diào)節(jié)。從耦合器一 11的端口 c輸出的多波長激光信號經(jīng)耦合器二 14進(jìn)入雙折射光纖環(huán)鏡。通過調(diào)節(jié)偏振控制器四12可以實(shí)現(xiàn)雙折射光纖環(huán)鏡傳輸函數(shù)的調(diào)節(jié)，當(dāng)多波長激光各波長均落在雙折射光纖環(huán)鏡一個(gè)通帶內(nèi)時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了兩者的匹配，可以實(shí)現(xiàn)對多波長激光的切趾。從耦合器二 14端口 b輸出的光信號進(jìn)入相位調(diào)制器15，經(jīng)過射頻信號的調(diào)制進(jìn)入長度為10 50km的普通單模光纖二 17，這里的普通單模光纖二 17有兩個(gè)作用，其一是實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制到強(qiáng)度調(diào)制的轉(zhuǎn)換，其二是作為色散介質(zhì)對各波長的激光信號進(jìn)行延時(shí)。最后信號光輸入到光電探測器16，從光電探測器16輸出的信號就是經(jīng)過濾波后的射頻信號。選擇長為3 5km的普通單模光纖一 10用以增加非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，確保多波長激光的輸出功率譜平坦且穩(wěn)定。保偏光纖一 7、保偏光纖二 9以及偏振控制器的應(yīng)用使得激光波長間隔可調(diào)，實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器的可調(diào)。由偏振控制器四12、保偏光纖三13和耦合器二 14組成的雙折射光纖環(huán)鏡可以對多波長激光輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)(加窗)，從而大大提高了微波光子濾波器的邊瓣抑制比。相位調(diào)制器15以及普通單模光纖二 17聯(lián)合起來可以實(shí)現(xiàn)PM-IM的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)帶通濾波器。其中，耦合器一 11為IOdB耦合器，耦合器二 14為3dB耦合器。
權(quán)利要求
1.一種基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器，其特征在于它包括 泵源(1)、波分復(fù)用器O)、摻鉺光纖(3)、偏振控制器一 0)、偏振控制器二(6)、偏振控制器三(8)和偏振控制器四(12)、偏振相關(guān)隔離器(5)、保偏光纖一(7)、保偏光纖二(9)和保偏光纖三(13)、普通單模光纖一(10)和普通單模光纖二(17)、耦合器一(11)、耦合器二 (14)、相位調(diào)制器(1 和光電探測器(16)；泵源(1)接波分復(fù)用器( 的端口 a ；波分復(fù)用器O)的端口 c接摻鉺光纖(3)的輸入端；摻鉺光纖(3)的輸出端接偏振控制器一(4)的輸入端；偏振控制器一(4)的輸出端接偏振相關(guān)隔離器( 的輸入端；偏振相關(guān)隔離器(5) 的輸出端接偏振控制器二(6)的輸入端；偏振控制器二(6)的輸出端接保偏光纖一(7)的輸入端；保偏光纖一(7)的輸出端接偏振控制器三(8)的輸入端；偏振控制器三(8)的輸出端接保偏光纖二(9)的輸入端；保偏光纖二(9)的輸出端接普通單模光纖一(10)的輸入端；普通單模光纖一(10)的輸出端接耦合器一(11)的端口 a;耦合器一(11)的端口 b 接波分復(fù)用器O)的端口 b ；耦合器一(11)的端口 c接耦合器二(14)的端口 a ；耦合器二 (14)的端口 c接偏振控制器四(1 的輸入端；偏振控制器四(1 的輸出端接保偏光纖三 (13)的輸入端；保偏光纖三(13)的輸出端接耦合器二(14)的端口 d;耦合器二(14)的端口 b接相位調(diào)制器(1 的端口 a ；相位調(diào)制器(1 的端口 c接普通單模光纖二(17)的輸入端；普通單模光纖二(17)的輸出端接光電探測器(16)的輸入端；相位調(diào)制器(1 的端口 b為射頻輸入端口 ；光電探測器(16)的輸出端為輸出端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器， 其特征在于所述的普通單模光纖一(10)作為非線性偏振旋轉(zhuǎn)介質(zhì)，其長度介于3千米至 8千米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器， 其特征在于通過調(diào)節(jié)偏振控制器三(8)來調(diào)節(jié)保偏光纖一(7)和保偏光纖二(9)的有效雙折射強(qiáng)度，從而調(diào)節(jié)多波長光纖激光器的波長間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器， 其特征在于所述的保偏光纖三(1 的長度介于5米至10米之間，通過調(diào)節(jié)偏振控制器四 (12)來控制雙折射光纖環(huán)鏡的透射譜，使其左右移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器， 其特征在于所述的偏振控制器四(12)、保偏光纖三(1 和耦合器二(14)組成雙折射光纖環(huán)鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器， 其特征在于所述的耦合器一(11)為IOdB耦合器，耦合器二(14)為3dB耦合器。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1中所述的基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器， 其特征在于所述的泵源(1)為980nm或1480nm的泵源。
全文摘要
基于多波長光纖激光器的可調(diào)諧微波光子帶通濾波器，屬于光纖通信與信號處理技術(shù)領(lǐng)域。該結(jié)構(gòu)為泵源的輸出端接波分復(fù)用器的端口a；波分復(fù)用器的端口c接摻鉺光纖的輸入端；波分復(fù)用器的端口b接耦合器一的端口b；耦合器一的端口a接普通單模光纖；耦合器一的端口b和端口c分別接波分復(fù)用器和耦合器二的端口a；等等。該結(jié)構(gòu)基于多波長光纖激光器，利用雙折射光纖環(huán)鏡對其進(jìn)行切趾，然后利用相位強(qiáng)度轉(zhuǎn)換(PM-IM)實(shí)現(xiàn)了具有高邊瓣抑制比的可調(diào)諧帶通微波光子濾波器。相對于其它微波光子濾波器來說，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可實(shí)現(xiàn)帶通濾波且邊瓣抑制比較高，通帶可調(diào)，能夠在常溫下穩(wěn)定工作等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H04B10/12GK102253452SQ20111017228
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者彭磊, 曹曄, 楊秀峰, 童崢嶸 申請人:天津理工大學(xué)