CN106773142B - 一种用于超宽带信号的可调谐微波光子陷波滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种基于受激布里渊散射效应、相位调制和光学滤波的用于超宽带(UWB)信号的可调谐微波光子陷波滤波器,属于微波光子学技术领域。由激光器,第一光耦合器,相位调制器,第一可调谐光滤波器,高非线性光纤,第一微波信号源,第一强度调制器,第二可调谐光滤波器,第二微波信号源,第二强度调制器,第三可调谐光滤波器,第二光耦合器,光环行器,光电探测器和矢量网络分析仪组成。本发明通过受激布里渊散射效应、相位调制和光学滤波相结合,实现用于超宽带信号的可调谐微波光子陷波滤波器。通过改变泵浦光信号的数量,可以改变陷波的个数。通过改变泵浦光的频率,可以实现陷波中心频率的调谐。
Description
技术领域
本发明属于微波光子学技术领域,具体涉及一种基于受激布里渊散射效应、相位调制和光学滤波的用于超宽带(UWB)信号的可调谐微波光子陷波滤波器。
背景技术
2002年,美国联邦通讯委员会批准了超宽带(Ultra Wide Band,UWB)技术在短距无线通信领域的应用,将3.1GHz到10.6GHz这一频段开放出来作为商用。由于超宽带信号具有多径分辨能力强、传输速率高、功耗低、灵活性和机动性较好等优点,因此在传感器网络、短距离高速率无线通信和雷达等***中得到了大量关注。在超宽带信号的标准定义中,其功率谱密度较低,因而通信距离受限,一般在几米到几十米的范围内。光载超宽带技术利用大带宽、损耗低以及成本低的光纤来提高超宽带脉冲信号的覆盖范围,对于超宽带无线通信覆盖范围的进一步提高起到了关键的作用。
在超宽带信号的频带范围3.1GHz到10.6GHz内,由于存在无线局域网WLAN(5.725GHz-5.850GHz)、Wimax(3.4GHz-3.6GHz)和卫星通行(8GHz)等已经被使用的频段,为了消除这些无线通信***之间的干扰,需要设计具有陷波特性的滤波器。目前,用于超宽带信号的陷波滤波器主要是电学滤波器,通常采用多模谐振器法、共面波导法、优化短截线法以及低通高通滤波器结合法等,但是电学滤波器普遍存在的问题是重构能力和调谐能力差。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于受激布里渊散射效应、相位调制和光学滤波的用于超宽带信号的可调谐微波光子陷波滤波器。
本发明所述的用于超宽带信号的可调谐微波光子陷波滤波器结构如图1所示,由激光器,第一光耦合器,相位调制器,第一可调谐光滤波器,高非线性光纤,第一微波信号源,第一强度调制器,第二可调谐光滤波器,第二微波信号源,第二强度调制器,第三可调谐光滤波器,第二光耦合器,光环行器,光电探测器和矢量网络分析仪组成。
激光器发出的光信号经第一光耦合器被分成三个支路,即第一支路101、第二支路201和第三支路301;第一支路101中的光信号经相位调制器被矢量网络分析仪输出的信号调制后送入第一可调谐光滤波器,经第一可调谐光滤波器滤波后进入高非线性光纤中,作为受激布里渊散射效应的探测光;第二支路201中的光信号经第一强度调制器被第一微波信号源输出的微波信号调制后送入到第二可调谐光滤波器中,被第二可调谐光滤波器滤出调制之后的上边带信号;第三支路301中的光信号经第二强度调制器被第二微波信号源输出的微波信号调制后送入到第三可调谐光滤波器中,被第三可调谐光滤波器滤出调制之后的上边带信号;第二可调谐光滤波器和第三可调谐光滤波器的输出信号经第二光耦合器之后进入到光环形器的1端口,然后由光环形器的2端口进入到高非线性光纤中,作为受激布里渊散射效应的泵浦光,此泵浦光和第一可调谐光滤波器输出的探测光发生受激布里渊散射效应,经受激布里渊散射效应处理的探测光信号再由光环形器的2端口输入,然后由光环形器的3端口输出,经光电探测器光电转换之后输入到矢量网络分析仪中,从而由矢量网络分析仪测试出本发明所述滤波器的频率响应。
激光器输出频率为fc的光信号(连续光),经第一光耦合器平均分成三个支路,第一支路101的光信号送入到相位调制器中作为光载波,矢量网络分析仪输出的具有一定频带宽度的待滤波的小幅微波信号通过相位调制器加载到光载波上,经相位调制器后输出相位相反、强度相等的一系列一阶上边带和下边带信号(图2(1)),相位调制器输出的信号进入到第一可调谐光滤波器滤波,第一可调谐光滤波器的中心频率设置为fc+3.75GHz,带宽设为13.7GHz,如图2(2),经第一可调谐光滤波器滤波之后的信号(图2(3))进入到高非线性光纤中作为受激布里渊散射效应的探测光。
第二支路201的光信号送入到第一强度调制器中作为光载波信号,然后通过第一强度调制器被第一微波信号源输出的频率为f1的微波信号调制,调制后输出的双边带信号经第二可调谐光滤波器后得到下边带信号fc-f1(图2(4));第三支路301的光信号送入到第二强度调制器中作为光载波信号,然后通过第二强度调制器被第二微波信号源输出的频率为f2微波信号调制,调制后输出的双边带信号经第三可调谐光滤波器后得到下边带信号fc-f2(图2(5))。
下边带信号fc-f1和fc-f2经第二光耦合器耦合后进入到光环形器的1端口,然后由光环形器的2端口进入到高非线性光纤中,作为受激布里渊散射效应的泵浦光,频率为fc-f1的泵浦光信号在频率为fc-f1+fB(fB为布里渊频移量,一般取fB=10GHz)的频率处产生损耗谱,频率为fc-f2的泵浦光信号在频率为fc-f2+fB的频率处产生损耗谱(图2(6));
经受激布里渊散射效应处理的探测光信号再由光环形器的2端口输入,然后由光环形器的3端口输出,经光电探测器光电转换之后输入到矢量网络分析仪中,由于相位调制器输出的一阶上、下边带信号的强度相等且相位相反,而第一可调谐光滤波器的中心频率设置为fc+3.75GHz,带宽为13.7GHz,因此矢量网络分析仪上显示3dB带宽从3.1GHz到10.6GHz的通带响应,又因为受激布里渊散射效应,因此会产生中心频率为fB-f1和fB-f2的两个陷波(图2(7))。
通过改变第一微波信号源和第二微波信号源的频率,可以改变泵浦信号fc-f1和fc-f2的频率,从而实现陷波中心频率的调节;通过增加泵浦光的支路的数量可以实现多个陷波的超宽带滤波。
本发明选用波长为1550nm(对应频率为fc=193.414THz)的激光器作载波光源,相位调制器的光波长为1525nm~1605nm,带宽为32GHz;矢量网络分析仪的频率范围为40MHz~20GHz;光电探测器探测带宽为20GHz;高非线性光纤的受激布里渊增益线宽为ΓB=30MHz,布里渊频移量fB=10GHz,光纤长度为1000米,增益和损耗峰值为5;第一强度调制器和第二强度调制器的带宽为20GHz;第一微波信号源和第二微波信号源的输出频率范围为100kHz~20GHz;第一可调谐光滤波器、第二可调谐光滤波器和第三可调谐光滤波器的波长范围为1480~1620nm,带宽可调范围为4~80GHz,边缘陡峭度为800dB/nm。
设定第一可调谐光滤波器的中心频率为197.164GHz、带宽为13.7GHz,第二可调谐光滤波器的中心频率为186.914GHz、带宽为4GHz,第三可调谐光滤波器的中心频率为189.2015GHz、带宽为4GHz,第一微波信号源的频率为6.5GHz,第二微波信号源的频率为4.2125GHz,则会产生频率从3.1GHz到10.6GHz的通带,此通带为超宽带信号的频率范围,并在中心频率为3.5GHz和5.7875GHz处产生两个陷波。
本发明所述的微波光子陷波滤波器的特点:
(1)通过受激布里渊散射效应、相位调制和光学滤波相结合,实现用于超宽带信号的可调谐微波光子陷波滤波器。
(2)通过改变泵浦光信号的数量,可以改变陷波的个数。
(3)通过改变泵浦光的频率,可以实现陷波中心频率的调谐。
附图说明
图1:具有陷波功能的超宽带微波光子滤波器结构示意图;
图2(1)-(7):超宽带微波光子陷波滤波器频谱处理示意图;
图3:超宽带微波光子陷波滤波器响应曲线。
具体实施方式
实施例1:
激光器为Santec公司的TSL-510可调激光器,激光器的波长设定为1550nm(对应频率为fc=193.414THz);第一相位调制器为Photline公司的MPZ-LN-40,其带宽为32GHz;矢量网络分析仪为安捷伦的8722ES矢量网络分析仪,频率范围为40M-20GHz;泰克公司的光电探测器,带宽为20GHz;长飞光纤光缆有限公司的高非线性光纤,高非线性光纤的布里渊增益线宽为ΓB=30MHz,布里渊频移fB=10GHz,光纤长度为1000米,增益和损耗峰值为5;第一强度调制器和第二强度调制器为Photline公司的MXAN-LN-20,带宽为20GHz;第一微波信号源和第二微波信号源为安捷伦公司的微波信号发生器E8257D,输出频率范围为100kHz~20GHz;第一可调谐光滤波器、第二可调谐光滤波器和第三可调谐光滤波器为Yenista公司XTM-50Ultrafine,波长范围为1480~1620nm,带宽可调范围为4~80GHz,边缘陡峭度为800dB/nm。
按图1连接好相应的仪器设备,第一激光器的频率设定为fc=193.414THz,矢量网络分析仪输出频率范围为40MHz~20GHz的微波信号通过第一相位调制器加载到光载波上,第一相位调制器输出的信号经过中心频率为197.164GHz、带宽为13.7GHz的第一可调谐光滤波器滤波之后,仅有频率范围为190.314GHz~204.014GHz内的一阶上、下边带被保留下来,此信号作为探测光进入到高非线性光纤中。第一微波信号源输出频率为6.5GHz的微波信号,通过第一强度调制器调制第二支路201的光信号,调制后的双边带信号进入到第二可调谐光滤波器中,设置第二可调谐光滤波器的中心频率为186.914GHz,带宽为4GHz,即从第一强度调制器输出的双边带信号中选择出频率为186.914GHz的下边带信号。第二微波信号源输出频率为4.2125GHz的信号微波信号,通过第二强度调制器调制第三支路301的光信号,调制后的双边带信号进入到第三可调谐光滤波器中,设置第三可调谐光滤波器的中心频率为189.2015GHz,带宽为4GHz,即从第二强度调制器输出的双边带信号中选择出频率为189.2015GHz的下边带信号。第二可调谐光滤波器和第三可调谐光滤波器输出的频率为186.914GHz和189.2015GHz的信号经第二光耦合器耦合后进入到光环形器的1端口,然后由光环形器的2端口进入到高非线性光纤中,作为受激布里渊散射效应的泵浦光,频率为186.914GHz的泵浦光信号在频率为196.914GHz的频率处产生损耗谱,频率为189.2015GHz的泵浦光信号在频率为199.2015GHz的频率处产生损耗谱。由于相位调制器输出的一阶上、下边带信号的强度相等且相位相反,而光滤波器中心频率设置为197.164GHz,带宽为13.7GHz,因此矢量网络分析仪上显示3dB带宽从3.1GHz到10.6GHz的通带响应,并在中心频率为3.5GHz和5.7875GHz处产生两个陷波,见图3。
Claims (3)
1.一种用于超宽带信号的可调谐微波光子陷波滤波器,其特征在于:由激光器、第一光耦合器、相位调制器、第一可调谐光滤波器、高非线性光纤、第一微波信号源、第一强度调制器、第二可调谐光滤波器、第二微波信号源、第二强度调制器、第三可调谐光滤波器、第二光耦合器、光环行器、光电探测器和矢量网络分析仪组成;
激光器发出的光信号经第一光耦合器被分成三个支路,即第一支路(101)、第二支路(201)和第三支路(301);第一支路(101)中的光信号经相位调制器被矢量网络分析仪输出的信号调制后送入第一可调谐光滤波器,经第一可调谐光滤波器滤波后进入高非线性光纤中,作为受激布里渊散射效应的探测光;第二支路(201)中的光信号经第一强度调制器被第一微波信号源输出的微波信号调制后送入到第二可调谐光滤波器中,被第二可调谐光滤波器滤出调制之后的上边带信号;第三支路(301)中的光信号经第二强度调制器被第二微波信号源输出的微波信号调制后送入到第三可调谐光滤波器中,被第三可调谐光滤波器滤出调制之后的上边带信号;第二可调谐光滤波器和第三可调谐光滤波器的输出信号经第二光耦合器之后进入到光环形器的1端口,然后由光环形器的2端口进入到高非线性光纤中,作为受激布里渊散射效应的泵浦光,此泵浦光和第一可调谐光滤波器输出的探测光发生受激布里渊散射效应,经受激布里渊散射效应处理的探测光信号再由光环形器的2端口输入,然后由光环形器的3端口输出,经光电探测器光电转换之后输入到矢量网络分析仪中,从而由矢量网络分析仪测试出所述滤波器的频率响应;
激光器输出频率为fc的光信号,经第一光耦合器平均分成三个支路,第一支路(101)的光信号送入到相位调制器中作为光载波,矢量网络分析仪输出的具有一定频带宽度的待滤波的小幅微波信号通过相位调制器加载到光载波上,经相位调制器后输出相位相反、强度相等的一系列一阶上边带和下边带信号,相位调制器输出的信号进入到第一可调谐光滤波器滤波,第一可调谐光滤波器的中心频率设置为fc+3.75GHz,带宽设为13.7GHz,经第一可调谐光滤波器滤波之后的信号进入到高非线性光纤中作为受激布里渊散射效应的探测光;
第二支路(201)的光信号送入到第一强度调制器中作为光载波信号,然后通过第一强度调制器被第一微波信号源输出的频率为f1的微波信号调制,调制后输出的双边带信号经第二可调谐光滤波器后得到下边带信号fc-f1;第三支路(301)的光信号送入到第二强度调制器中作为光载波信号,然后通过第二强度调制器被第二微波信号源输出的频率为f2微波信号调制,调制后输出的双边带信号经第三可调谐光滤波器后得到下边带信号fc-f2;
下边带信号fc-f1和fc-f2经第二光耦合器耦合后进入到光环形器的1端口,然后由光环形器的2端口进入到高非线性光纤中,作为受激布里渊散射效应的泵浦光,频率为fc-f1的泵浦光信号在频率为fc-f1+fB的频率处产生损耗谱,频率为fc-f2的泵浦光信号在频率为fc-f2+fB的频率处产生损耗谱,fB为布里渊频移量;
经受激布里渊散射效应处理的探测光信号再由光环形器的2端口输入,然后由光环形器的3端口输出,经光电探测器光电转换之后输入到矢量网络分析仪中,由于相位调制器输出的一阶上、下边带信号的强度相等且相位相反,而第一可调谐光滤波器的中心频率设置为fc+3.75GHz,带宽为13.7GHz,因此矢量网络分析仪上显示3dB带宽从3.1GHz到10.6GHz的通带响应,又因为受激布里渊散射效应,因此会产生中心频率为fB-f1和fB-f2的两个陷波;通过改变第一微波信号源和第二微波信号源的频率,可以改变泵浦信号fc-f1和fc-f2的频率,从而实现陷波中心频率的调节;通过增加泵浦光的支路的数量可以实现多个陷波的超宽带滤波。
2.如权利要求1所述的一种用于超宽带信号的可调谐微波光子陷波滤波器,其特征在于:选用波长为1550nm,对应频率为fc=193.414THz的激光器作载波光源,相位调制器的光波长为1525nm~1605nm,带宽为32GHz;矢量网络分析仪的频率范围为40MHz~20GHz;光电探测器探测带宽为20GHz;高非线性光纤的受激布里渊增益线宽为ΓB=30MHz,布里渊频移量fB=10GHz,光纤长度为1000米,增益和损耗峰值为5;第一强度调制器和第二强度调制器的带宽为20GHz;第一微波信号源和第二微波信号源的输出频率范围为100kHz~20GHz;第一可调谐光滤波器、第二可调谐光滤波器和第三可调谐光滤波器的波长范围为1480~1620nm,带宽可调范围为4~80GHz,边缘陡峭度为800dB/nm。
3.如权利要求2所述的一种用于超宽带信号的可调谐微波光子陷波滤波器,其特征在于:第一可调谐光滤波器的中心频率为197.164GHz、带宽为13.7GHz,第二可调谐光滤波器的中心频率为186.914GHz、带宽为4GHz,第三可调谐光滤波器的中心频率为189.2015GHz、带宽为4GHz,第一微波信号源的频率为6.5GHz,第二微波信号源的频率为4.2125GHz,从而产生频率从3.1GHz到10.6GHz的通带,此通带为超宽带信号的频率范围,并在中心频率为3.5GHz和5.7875GHz处产生两个陷波。
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Legal Events
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GR01 | Patent grant | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190129 Termination date: 20210829 |