一种无限脉冲响应微波光子滤波器及滤波方法
【专利摘要】本发明公开了一种无限脉冲响应微波光子滤波器及滤波方法，包括：多纵模光纤激光器作光源提供光载波；偏振控制器，调节光载波偏振态使其进入强度调制器；强度调制器，通过调整强度调制器的偏置电压使其工作在线性区，将微波信号调制到光载波上；光纤环，光信号在光纤环处实现分光，对承载微波信号的光载波实现多次时延与抽样，并滤除特定频率的微波信号；以及光电探测器，通过光电转换实现对微波信号的探测，滤除光载波。本发明的滤波器及滤波方法，能提供较大的Q值、并因光纤环长度可以很短从而具有较大的自由光谱范围。
【专利说明】一种无限脉冲响应微波光子滤波器及滤波方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号处理技术，具体涉及一种无限脉冲响应微波光子滤波器及滤波方法。
【背景技术】
[0002]对信号进行处理的过程中常常用到滤波器。与传统滤波器相比，微波光子滤波器有很多优势:其损耗小、带宽大、抗电磁干扰，且可以提供短的延迟用以产生超高速的抽样频率，其抽样频率常大于100GHZ，而电子技术的抽样频率只能达到几个GHZ ;同时微波光子滤波器还具有带宽可调谐、可重构等功能，这些功能在传统滤波器中很难实现。因此微波光子滤波器得到更为 广泛的应用。
[0003]微波光子滤波器可分为有限脉冲响应(FIR)微波光子滤波器和无限脉冲响应(IIR)微波光子滤波器，IIR微波光子滤波器理论抽样值趋于无穷，实际应用中其抽样值也远大于FIR微波光子滤波器，IIR微波光子滤波器能够提供较大的Q值。品质因数Q描述了滤波器的频率响应，Q=FSR/ Δ Ω_，式中，FSR为滤波器相应的自由光谱范围，描述了滤波器响应谱的频率选择性，FSR越大，滤波器通过频率之间的频率间隔越大；Λ 为滤波器的3dB带宽(Full Width Half Maximum),描述了滤波器的通过频率带宽。由上述可知，Q值与FSR成正比，与Λ 0_?成反比，Q值越大，代表着滤波器的滤波特性更好。
[0004]IIR微波光子滤波器常见的有以下两种:
[0005]第一种:使用单频激光器作为光源，以分布式反馈激光器(DFB)作为光源的微波光子滤波器为例，DFB光源的特点是单色性好、相干长度大，若光纤环长度小于光源相干长度，则载波在光纤环内产生相干，无法有效实现滤波，而为了避免光源提供的载波相干，光纤环长度必须大于光源相干长度，限制了 IIR微波光子滤波器的抽样间隔，不能得到较大的自由光谱范围(FSR)。
[0006]第二种:使用滤波器滤出一部分自发辐射(ASE)作为光源的微波光子滤波器，ASE光源自身受到滤波器限制，边模抑制比(SMSR)较小，导致微波光子滤波器主旁瓣抑制比(MSSR)受到限制。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点与不足，提供一种无限脉冲响应微波光子滤波器，其能提供较大的Q值、并因光纤环长度可以很短从而具有较大的自由光谱范围。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种无限脉冲响应微波光子的滤波方法，其能够实现有效滤波，且提供较大的Q值和较大的自由光谱范围。
[0009]本发明的目的通过下述技术方案实现:
[0010]一种无限脉冲响应微波光子滤波器，包括:
[0011]多纵模光纤激光器，作为光源，输出稳定的连续光作为光载波，光载波随后进入到偏振控制器；
[0012]偏振控制器，通过调节光载波的偏振态使光载波进入对偏振敏感的强度调制器；
[0013]强度调制器，通过调整强度调制器外接的偏置电压，使强度调制器的工作点移动到线性区，利用电光效应将微波信号调制到光载波上，承载有微波信号的光载波随后进入到光纤环；
[0014]光纤环,承载有微波信号的光载波在光纤环处实现分光,分光后一部分承载有微波信号的光载波直接通过抽样进入光电探测器，另一部分则通过光纤环重新回到光纤环输入端，由此实现时延，时延后再次经历分光，承载有微波信号的光载波在光纤环内循环反复的分光、时延，实现多次时延与抽样，经过时延叠加后的需要滤除的部分微波信号的强度叠加相消，从而达到滤除部分微波信号的目的；
[0015]以及光电探测器，被抽样的承载微波信号的光载波进入光电探测器进行光电转换，由于光载波的频率在光电探测器的探测频率之外，故只有微波信号被探测，由此滤除了光载波。
[0016]所述的多纵模光纤激光器，包括由光纤、光耦合器构成的环形谐振腔，环形谐振腔内串联光纤放大器、可调谐光滤波器。光纤放大器工作时，提供基于其增益谱的光放大，环形谐振腔内的可调谐光滤波器则对光实现滤波，对可调谐光滤波器透射窗口以外的光谱引入较大的损耗；当光纤放大器的增益大于整个环形谐振腔、可调谐光滤波器所引入的光损耗时，多纵模光纤激光器实现稳定输出连续光。此时无限脉冲响应微波光子滤波器有以下两个优点:
[0017]其一，载波线宽具有可调谐性:由于可调谐光滤波器对于其透射窗口以外的波长引入很大损耗，迫使只有符合可调谐光滤波器透射谱的波长可以实现增益大于损耗这一条件，实现多纵模光纤激光器的可调谐性，并且其输出谱的中心波长与线宽取决于环形谐振腔内可调谐光滤波器的响应谱。
[0018]其二，能提供较大的主旁瓣抑制比(MSSR):现有的IIR微波光子滤波器，大多以宽带光源级联滤波器作为光源，通过滤波器来控制输出光的中心波长和带宽，其输出谱由滤波器的滤波特性决定，受到了滤波器的性能限制，如滤波器滤出一部分自发辐射(ASE)作为光源的微波光子滤波器，由于ASE光源覆盖波长范围较广，在通过光滤波器后其边模抑制比很小，作为光源影响了滤波器的响应表现，而本发明将可调谐光滤波器放置在光纤激光器的谐振腔内，可调谐光滤波器不但不限制输出光的边模抑制比，而且优化了输出光的特性，提高了微波光子滤波器的主旁瓣抑制比(MSSR)。
[0019]多纵模光纤激光器中，所述光稱合器的稱合比为80:20。其中I禹合比=光纤输出功率/光纤输入功率，激光的80%反馈回环形谐振腔，余下的20%作为输出光源，选用此比例，多纵模光纤激光器在光纤放大器输入电流适中的情况下可以产生较大的输出光强，易于实现更为稳定的滤波响应。
[0020]所述的光纤环，由稱合比为50:50的光I禹合器制成。光I禹合器，直接将一输入端与一输出端熔接，构成光纤环。光稱合器同侧的两端口分别作为光纤环的输入端与反馈光的输入端，选用耦合比为50:50的耦合器可实现反馈光与输入光的平衡，不会出现反馈光过弱，短时间内光强大幅度下降，减少有效抽样次数的情况，此时光信号在光纤环处一半通过光纤环进入光电探测器被抽样；一半进入光纤环，通过光纤环反馈回输入端，被时延。被时延的光信号在反馈输入端再次分光时，重复上述过程，通过光纤环的循环反复，实现对光信号的多次时延与抽样。
[0021]所述的无限脉冲响应微波光子滤波器还包括两端分别与强度调制器、光电探测器相连的网络分析仪。通过网络分析仪可以更加便捷地测量网络参数，并直观地用图像反映出来。
[0022]为了达到上述另一目的，本发明采用以下技术方案:
[0023]一种无限脉冲响应微波光子滤波方法，包括以下顺序的步骤:
[0024]I)多纵模光纤激光器产生并输出稳定的连续光作为光载波；
[0025]2)偏振控制器调节光载波的偏振态使其进入对偏振敏感的强度调制器；
[0026]3)调节强度调制器的偏置电压使其工作在线性区域，将微波信号调制到光载波上形成光信号；
[0027]4)承载有微波信号的光载波到达光纤环并在光纤环处分光,分光后一部分直接通过抽样进入光电探测器，另一部分则通过光纤环重新回到光纤环输入端，由此实现时延，时延后再次经历分光，承载有微波信号的光载波在光纤环内循环反复的分光、时延，实现多次时延与抽样，经过时延叠加后的需要滤除的部分微波信号的强度叠加相消，从而达到滤除部分微波信号的目的；
[0028]5)被抽样的承载微波信号的光载波进入光电探测器进行光电转换，由于光载波的频率在光电探测器的探测频率之外，故只有微波信号被探测，由此滤除了光载波。
[0029]步骤I)中，所述的多纵模光纤激光器，包括由光纤、光耦合器构成的环形谐振腔，环形谐振腔内串联光纤放大器、可调谐光滤波器。
[0030]多纵模光纤激光器中，所述光耦合器的耦合比为80:20。
[0031]步骤4)中，所述的光纤环，由耦合比为50:50的光耦合器制成。
[0032]所述滤波方法还包含步骤6)，由被探测的微波信号转换的电信号输送至网络分析仪，网络分析仪的另一端与强度调制器相连，网络分析仪将测量的网络参数直观地显示出来。
[0033]本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0034]A、相比于有限脉冲响应微波光子滤波器，无限脉冲响应微波光子滤波器抽样值非常大，能够提供较大的Q值。
[0035]B、能提供较大的自由光谱范围(FSR):
[0036]在微波光子滤波器中，滤波响应的自由光谱范围(FSR)与抽样间隔成反比，抽样间
隔为光在光纤环中循环一次的时间，即
【权利要求】
1.一种无限脉冲响应微波光子滤波器，其特征在于，包括: 多纵模光纤激光器，作为光源，输出稳定的连续光作为光载波，光载波随后进入到偏振控制器； 偏振控制器，通过调节光载波的偏振态使光载波进入对偏振敏感的强度调制器； 强度调制器，通过调整强度调制器外接的偏置电压，使强度调制器的工作点移动到线性区，利用电光效应将微波信号调制到光载波上，承载有微波信号的光载波随后进入到光纤环； 光纤环，承载有微波信号的光载波在光纤环处实现分光，分光后一部分承载有微波信号的光载波直接通过抽样进入光电探测器，另一部分则通过光纤环重新回到光纤环输入端，由此实现时延，时延后再次经历分光，承载有微波信号的光载波在光纤环内循环反复的分光、时延，实现多次时延与抽样，经过时延叠加后的需要滤除的部分微波信号的强度叠加相消，从而达到滤除部分微波信号的目的； 以及光电探测器，被抽样的承载微波信号的光载波进入光电探测器进行光电转换，由于光载波的频率在光电探测器的探测频率之外，故只有微波信号被探测，由此滤除了光载波。
2.根据权利要求1所述的无限脉冲响应微波光子滤波器，其特征在于，所述的多纵模光纤激光器，包括由光纤、光耦合器构成的环形谐振腔，环形谐振腔内串联光纤放大器、可调谐光滤波器。
3.根据权利要求2所述的无限脉冲响应微波光子滤波器，其特征在于，所述光耦合器的耦合比为80:20。
4.根据权利要求1所述的无限脉冲响应微波光子滤波器，其特征在于，所述的光纤环，由耦合比为50:50的光耦合器制成。
5.根据权利要求1所述的无限脉冲响应微波光子滤波器，其特征在于，还包括两端分别与强度调制器、光电探测器相连的网络分析仪。
6.一种无限脉冲响应微波光子滤波方法，包括以下顺序的步骤: O多纵模光纤激光器产生并输出稳定的连续光作为光载波； 2)偏振控制器调节光载波的偏振态使其进入对偏振敏感的强度调制器； 3)调节强度调制器的偏置电压使其工作在线性区域，将微波信号调制到光载波上形成光信号; 4)承载有微波信号的光载波到达光纤环并在光纤环处分光，分光后一部分直接通过抽样进入光电探测器，另一部分则通过光纤环重新回到光纤环输入端，由此实现时延，时延后再次经历分光，承载有微波信号的光载波在光纤环内循环反复的分光、时延，实现多次时延与抽样，经过时延叠加后的需要滤除的部分微波信号的强度叠加相消，从而达到滤除部分微波信号的目的； 5)被抽样的承载微波信号的光载波进入光电探测器进行光电转换，由于光载波的频率在光电探测器的探测频率之外，故只有微波信号被探测，由此滤除了光载波。
7.根据权利要求6所述的无限脉冲响应微波光子滤波方法，其特征在于，步骤I)中，所述的多纵模光纤激光器，包括由光纤、光耦合器构成的环形谐振腔，环形谐振腔内串联光纤放大器、可调谐光滤波器。
8.根据权利要求7所述的无限脉冲响应微波光子滤波方法，其特征在于，多纵模光纤激光器中，所述光耦合器的耦合比为80:20。
9.根据权利要求6所述的无限脉冲响应微波光子滤波方法，其特征在于，所述的光纤环，由I禹合比为50:50的光I禹合器制成。
10.根据权利要求6所述的无限脉冲响应微波光子滤波方法，其特征在于，所述滤波方法还包含步骤6)，由被探测的微波信号转换的电信号输送至网络分析仪，网络分析仪的另一端与强度调 制器相连，网络分析仪将测量的网络参数直观地显示出来。
【文档编号】H04B10/70GK103457674SQ201310369401
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】冯新焕, 金岩冰, 曹元
申请人:暨南大学