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基于光纖環的可調諧微波光子濾波器

2013-12-04 來源:互聯網 字號:

由于在微波/毫米波光纖系統中潛在的應用價值,光域上的微波信號處理技術引起了眾多研究者的興趣。比起傳統的電子微波濾波器,微波光子濾波器有著電磁環境兼容性、體積小、重量輕和較寬的工作帶寬等。鑒于光纖光柵(FBG)能以靈巧的方式構建微波光子濾波器,近年提出了許多基于FBG的微波光子濾波器結構,如不平衡馬赫-澤德(MZ)結構、基于寬帶光源和FBG陣列的結構、采用超結構光柵和寬帶光源的結構、采用FBG對的結構、基于可調諧激光器和FBG的結構以及應用計算機控制差分延遲線的可調濾波結構等[1~3]

本文設計了2種新穎的濾波結構—可調諧IIR濾波器和可調諧陷波濾波器,它們都基于光纖環和啁啾光纖光柵(FBGs),其自由頻程(FSR)可通過改變輸入光載波的波長而實現連續調諧。

1、原理和結構

基于耦合器和光纖環的IIR微波光子濾波器已有報道。在這種結構的濾波器中,如果加入一段摻鉺光纖在光纖環中(當然還需泵浦光源),可實現有源的高Q值濾波器[4]。然而,由于環中的光纖長是固定的,這種IIR結構的濾波器難以實現調諧。圖1給出了我們設計的可調諧IIR濾波器結構。如圖所示,網絡分析儀輸出的射頻信號驅動MZ電光調制器,將來自可調激光器的光信號調制,然后調制器輸出的光信號射入3dB耦合器,耦合器的1個輸入端和輸出端通過光纖連接構成光纖環。為實現可調諧,在光纖環中置入一3端口環形器,在環形器的另一端連上已串接好若干個不同工作波長光柵的光纖。這樣,由于FBG對特定波長的反射能力,通過改變輸入光的波長,光信號在光纖環中走的距離是不一樣的,因而濾波器的FSR也相應的改變。該IIR濾波器的頻響(采用3dB耦合器)可表示為


式中:f是射頻信號的頻率;n是光纖的有效折射率;L是對應某一輸入光波長的環長;c為真空中的光速。圖2給出了理論計算得出的該IIR濾波器的頻響,曲線a、b分別對應于耦合器的分光比是50∶50和45∶55的情形。

圖3給出了我們提出的可調諧陷波濾波器結構。它不同于IIR結構,光纖環是通過連接耦合器的2個輸出端構建的。在以前的采用FBG作為抽頭器件的工作中,要實現二抽頭的陷波濾波器,往往需要1對FBG[5],而在本結構中,只需1個FBG就可實現。為了實現可調諧,可將一串FBG放置在光纖環上。作為對以前工作的改進,這里使用CFBGs,即可實現連續的調諧[6]。從調制器輸出的強度調制信號光輸入3dB耦合器,從耦合器輸出2個強度相同的光信號,分別在光纖環中相反方向傳輸,經對應波長的CF-BGs后反射,這樣耦合器的另一個輸入端輸出的是兩束經不同時延的光信號,就可實現陷波濾波。由于采用的是CFBGs,這個陷波濾波器的FSR就可實現連續可調。2個抽頭的光程差由相應的CFBGs在光纖環中的位置和輸入光波長決定,該陷波濾波器的頻響為


其中,L是2個抽頭的路程差。該結構的主要缺點是;由于有1/2的光信號返回到原光信號的入射端,因而存在3dB的光損耗;同時,為了避免光反射進可調諧激光器,還需在光路中放置隔離器。圖2的曲線c給出了理論計算得出的該陷波濾波器的頻響。

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