由于在微波/毫米波光纖系統(tǒng)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(tǒng)的電子微波濾波器，微波光子濾波器有著電磁環(huán)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(huán)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(xiàn)連續(xù)調諧。

1、原理和結構

基于耦合器和光纖環(huán)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(huán)中（當然還需泵浦光源），可實現(xiàn)有源的高Q值濾波器^[4]。然而，由于環(huán)中的光纖長是固定的，這種IIR結構的濾波器難以實現(xiàn)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(wǎng)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(huán)。為實現(xiàn)可調諧，在光纖環(huán)中置入一3端口環(huán)形器，在環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(xiàn)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(xiàn)。為了實現(xiàn)可調諧，可將一串FBG放置在光纖環(huán)上。作為對以前工作的改進，這里使用CFBGs，即可實現(xiàn)連續(xù)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(huán)中相反方向傳輸，經(jīng)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(jīng)不同時延的光信號，就可實現(xiàn)陷波濾波。由于采用的是CFBGs，這個陷波濾波器的FSR就可實現(xiàn)連續(xù)可調。2個抽頭的光程差由相應的CFBGs在光纖環(huán)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。