[發(fā)明專利]一種超高Q值的可調(diào)諧微波光子濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110334170.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN113055093B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張琪;韓順杰;江虹;張裊娜;侯云海;邵向鑫;于鑫;趙婧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/50
• 分類號(hào): H04B10/50;H04B10/516;H04B10/70;G02F1/01
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠(yuǎn)

1.一種高Q值可調(diào)諧微波光子濾波器，其特征在于：由第一激光器、第一光偏振調(diào)制器、相位調(diào)制器、光隔離器、第二激光器、第二光偏振調(diào)制器、馬赫曾德爾調(diào)制器、任意波形發(fā)生器、直流電壓源、可調(diào)諧光濾波器、摻鉺光纖放大器、高非線性光纖、光環(huán)行器、光電探測(cè)器和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀組成；直流電壓源與馬赫曾德爾調(diào)制器相連接；第一激光器發(fā)出的光經(jīng)第一光偏振調(diào)制器，使其偏振狀態(tài)達(dá)到最佳受激布里淵散射效應(yīng)，從第一光偏振調(diào)制器輸出的光信號(hào)被矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的信號(hào)經(jīng)相位調(diào)制器調(diào)制，然后經(jīng)光隔離器進(jìn)入高非線性光纖中，作為受激布里淵散射效應(yīng)的探測(cè)光；第二激光器發(fā)出的光經(jīng)第二光偏振調(diào)制器調(diào)諧其最佳偏振狀態(tài)，從第二光偏振調(diào)制器輸出的光信號(hào)經(jīng)馬赫曾德爾調(diào)制器被任意波形發(fā)生器輸出的多音信號(hào)調(diào)制后送入到可調(diào)諧光濾波器中，被可調(diào)諧光濾波器濾出調(diào)制之后的上邊帶信號(hào)，可調(diào)諧光濾波器輸出的上邊帶信號(hào)進(jìn)入摻鉺光纖放大器中，補(bǔ)償多音調(diào)制信號(hào)經(jīng)過可調(diào)諧光濾波器后的功率損耗，摻鉺光纖放大器輸出的光信號(hào)輸入到光環(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；泵浦光和光隔離器輸出的探測(cè)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(cè)光再由光環(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(cè)器光電轉(zhuǎn)換之后輸入到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中，由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試出濾波器的頻率響應(yīng)；

第一激光器輸出頻率為f_c的光信號(hào)，經(jīng)第一光偏振調(diào)制器送入到相位調(diào)制器中作為光載波，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出包括頻率為f_m的一系列待濾波的小幅掃頻信號(hào)，這些具有一定頻帶寬度的待濾波的小幅掃頻信號(hào)通過相位調(diào)制器加載到光載波上，經(jīng)相位調(diào)制器調(diào)制后輸出相位相反、強(qiáng)度相等的一系列一階上邊帶和下邊帶信號(hào)，調(diào)制后的上邊帶和下邊帶信號(hào)經(jīng)光隔離器進(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(cè)光；

第二激光器輸出頻率為f₀光信號(hào)輸入到馬赫曾德爾調(diào)制器中作為光載波，然后通過馬赫曾德爾調(diào)制器被任意波形發(fā)生器輸出的頻率為f₁、f₂、f₃的多音信號(hào)調(diào)制；調(diào)整直流電壓源輸出的直流偏置電壓，使馬赫曾德爾調(diào)制器工作在最大偏置工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)抑制載波雙邊帶調(diào)制；抑制載波雙邊帶信號(hào)經(jīng)過可調(diào)諧光濾波器濾出上邊帶信號(hào)，然后將該上邊帶信號(hào)f₀+f₁，f₀+f₂和f₀+f₃輸入到摻鉺光纖放大器中，摻鉺光纖放大器補(bǔ)償了可調(diào)諧光濾波器引入的光功率損耗，摻鉺光纖放大器輸出的光信號(hào)經(jīng)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，頻率為f₀+f₁，f₀+f₂，f₀+f₃的光信號(hào)分別作為受激布里淵散射效應(yīng)的泵浦光，當(dāng)泵浦光的輸入功率超過一定值時(shí)，與探測(cè)光在高非線性光纖中發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)；探測(cè)光在光纖中將同時(shí)獲得增益和損耗，布里淵效應(yīng)引起的增益譜表達(dá)式：

由增益譜的表達(dá)式可以得到衰減譜的表達(dá)式：

其中，f為距離增益譜和衰減譜中心頻率的頻率偏移，Δν_B為布里淵增益線寬，Δν_B＝40MHz，g_B為布里淵峰值增益系數(shù)，g_B＝5，I_p為輸入泵浦光的強(qiáng)度；

頻率f₀+f₁的泵浦光在頻率f₀+f₁+f_B處產(chǎn)生衰減譜，頻率f₀+f₂的泵浦光在頻率f₀+f₂+f_B處產(chǎn)生衰減譜，頻率f₀+f₃的泵浦光在頻率f₀+f₃-f_B處產(chǎn)生增益譜，將兩個(gè)衰減譜分別對(duì)稱落在增益譜的兩邊，疊加后產(chǎn)生的譜表達(dá)式：

其中，f_B為布里淵頻移量，f_B＝9.2GHz，I₁是泵浦光f₀+f₃的強(qiáng)度,I₂是泵浦光f₀+f₁和f₀+f₂的強(qiáng)度；令δ為兩個(gè)衰減譜與增益譜的頻率偏移，可得f₁＝f₃-2f_B-δ，f₂＝f₃-2f_B+δ；

經(jīng)受激布里淵散射效應(yīng)疊加譜處理后的探測(cè)光信號(hào)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，此時(shí)具有掃頻模式的相位調(diào)制信號(hào)的上下邊的表達(dá)式如下：

其中，

f_c為第一激光器輸出的載波頻率，J_n(m)為n階第一類貝塞爾函數(shù)，n＝0和±1，m為調(diào)制系數(shù)，L_eff為光纖有效長(zhǎng)度；

經(jīng)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換后，輸出的電信號(hào)功率為：

其中，為光電探測(cè)器的響應(yīng)度，P為輸入到光電探測(cè)器的平均光功率，ω_m為輸入掃頻信號(hào)的角頻率，ω_m＝2πf_m；

經(jīng)光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)輸入到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為前向傳輸模式，通過比較輸出與返回的信號(hào)測(cè)量出系統(tǒng)的頻率響應(yīng)；

系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為：

其中，P_RFin為系統(tǒng)輸入掃頻信號(hào)f_m的平均功率；

濾波器的品質(zhì)因數(shù)表示為Q＝f_FSR/f_BW，f_FSR為自由光譜范圍，f_BW為濾波器的通帶帶寬，當(dāng)濾波器的自由光譜范圍一定的情況下，通過減小通帶的帶寬來(lái)提高濾波器的品質(zhì)因數(shù)；由式(7)可知，系統(tǒng)的傳輸函數(shù)由布里淵的疊加譜決定，因此，通過減小布里淵疊加譜區(qū)域來(lái)減小通帶的帶寬，進(jìn)而提高濾波器的品質(zhì)因數(shù)。