一种布里渊光纤激光窄带可调双通带微波光子滤波器

技术领域

本发明涉及光纤通信与微波光子学技术领域，具体涉及一种布里渊光纤激光窄带可调双通带微波光子滤波器。

背景技术

微波频段有限的带宽限制了通信系统的通信容量和传输速率，而微波光子滤波器结合了微波技术，光电子技术两者优点，拥有大带宽、低损耗、重量轻、频谱可重构、大调谐范围以及抗电磁干扰能力等诸多优势。同时微波光子滤波器是在光域对微波信号进行处理，从而解决了传统电滤波器受到的各种限制，在一定程度上可取代电滤波器，因此在现代雷达、电子战、无线通信等领域得到了广泛的应用，逐渐发展成为高频宽带信号控制和处理的关键技术。

由于通信传输速率的提高和信息处理的高精密度要求，高频、高Q值为当前微波光子滤波器发展的重要趋势。品质因素Q值是衡量滤波器对目标频带选择能力的重要指标，滤波器的Q值越高，其选频特性越好。决定Q值大小的关键指标是滤波器通带的3dB带宽Δf

在实现带通微波光子滤波器中心频率宽范围调谐和窄带宽高Q值的问题上，国内外专家学者已经做了大量的研究。到目前为止，在实现微波光子滤波器的带宽压窄或中心频率调谐的实验方案中有基于双光源与双相移光纤光栅的可调谐微波光子滤波器，其通带的3dB带宽可由180MHz调节至319MHz，中心频率可调范围为1-7GHz；采用全通型微环谐振腔结合相位调制转换为强度调制的原理，利用光学单边带调制和光载波分离的方法来实现微波光子滤波，所测得的滤波器带宽和带外抑制比分别为726MHz和37dB，滤波器频率调谐范围为1.64-23.41GHz；公告号为CN109347560A的专利文献公开了名为“自由可调谐的双通带微波光子滤波器装置及实现方法”的发明，该滤波器通过利用两个级联的双平行马赫增德尔电光调制器产生频率可自由调谐的双泵浦光，通过受激布里渊散射效应有选择性地打破相位调制光边带的幅度平衡，完成相位调制到强度调制的转换，实现了通带中心可自由调谐的双通带微波光子滤波器，其通带带宽最窄为43MHz，通带调谐范围为3-8GHz。

综上所述，目前已见报道的可调谐双通带微波光子滤波器方案大多数集中在MHz量级，通带稳定性差，不能满足实际的应用需求，随着光载无线电技术的发展，具有宽调谐范围、窄带宽、高Q值的双通带微波光子滤波器的研究具有更为广泛的意义。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的是提供一种布里渊光纤激光窄带可调双通带微波光子滤波器，通过可调谐激光源与强度调制器生成双音泵浦光激发布里渊，结合布里渊光纤振荡器和级联法布里-珀罗腔，将布里渊增益谱压窄至kHz量级。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器，包括两个环形腔，其中，第二环形腔R2与第一环形腔R1级联形成法布里-珀罗腔，通过调节第一环形腔R1内偏振控制器来调节环形腔内泵浦光和斯托克斯光的偏振方向，从而提升SBS耦合效率；同时利用两个环形腔不同的周期共振频率，有效抑制边模，滤出所需的频带信号。

进一步，包括两个可调谐激光器、三个偏振控制器、相位调制器、光隔离器、三个光纤耦合器，两个单模光纤、强度调制器、信号发生器、电压源、掺铒光纤放大器、光学环形器、光电探测器和电矢量网络分析仪；其中：第一可调谐激光器发出中心频率为f

第二可调谐激光器发出中心频率为f

进一步，第二环形腔R2包括经布里渊增益放大的调制信号由光学环形器的第二输出端口b输入第二光纤耦合器第一输入端口a，第二光纤耦合器第一输出端口b、第二单模光纤和第三光纤耦合器形成环形腔R2，调制信号在级联法布里-珀罗腔谐振后由光纤耦合器分为第一束激光和第二束激光，第一束激光通过第二光纤耦合器第一输出端口b逆时针注入级联法布里-珀罗腔进行多次谐振，第二束激光通过第二光纤耦合器第二输出端口c输入光电探测器，经光电探测器光电转换后的信号输入电矢量网络分析仪，测量幅频响用于表征所提出的窄带可调谐微波光子滤波器的滤波特性。

进一步，第一环形腔R

进一步，第一光纤耦合器和第三的分光比均为50％：50％，第二光纤耦合器的分光比为90％：10％，其中第二光纤耦合器第二输出端口c为10％端口。

进一步，调制信号从第一可调谐激光器发出，依次经过第三偏振控制器、强度调制器和掺铒光纤放大器，再由光学环形器连接入第一环形腔R

进一步，两个环形腔的自由光谱范围分别为FSR

FSR＝n

其中FSR

其中L

进一步，通过调节第二可调谐激光器泵浦光的波长，实现窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器两个通带中心频率同步地调谐；通过改变信号发生器输出射频信号f

综上所述，发明具有以下有益效果：

本发明公开一种基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器，从第二可调谐激光器到第一单模光纤构成一个窄线宽布里渊光纤激光器，获得KHz量级的3dB带宽，从而极大的压窄了滤波器的通带带宽。

通过改变第二可调谐激光器的激光波长就能够实现改变泵浦光频率f

通过环形腔R

基于光学环行器的环形腔具有布里渊泵浦频率不需要与腔模匹配的优点。相比较于自感应光纤布拉格光栅，级联环形法布里-珀罗腔除了器件的固有损耗外，没有额外的腔衰减，并且由于单模光纤的低非线性系数，很难产生高阶斯托克斯。

附图说明

图1表示本发明实施例提供的一种基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器的结构示意图；

图2表示本发明实施例提供的一种基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器的原理示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器所采用的游标效应原理图；

图4是本发明实施例提供的一种基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器的双通带中心频率可调谐特性图；

图5是本发明实施例提供的一种基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器通带中心频率分别在5.74GHz和15.74GHz时的频率响应图。

图中：1A-第一可调谐激光器，1B-第二可调谐激光器，2A-第一偏振控制器，2B-第二偏振控制器，2C-第三偏振控制器，3-相位调制器，4-光隔离器，5A-第一光纤耦合器，5B-第二光纤耦合器，5C-第三光纤耦合器，6A-第一单模光纤6B-第二单模光纤，7-强度调制器，8-信号发生器，9-电压源，10-掺铒光纤放大器，11-光学环形器，12-光电探测器，13-电矢量网络分析仪；

图2(a)为第一可调谐激光器1A输出频率为f

图2(b)为可调谐激光器1B输出中心频率为f

图2(c)为受激布里渊过程发生在第一单模光纤6A中，布里渊增益谱中心频率为f

图2(d)为调制信号的上边带f

图2(e)为第二环腔R

图2(f)为通过调节第二偏振控制器2B，来调节环形腔内泵浦光和斯托克斯光的偏振方向，从而提升SBS耦合效率；同时利用两个环形腔不同的周期共振频率，使两个环形腔的自由光谱范围匹配，形成游标效应，从而抑制边模，布里渊增益谱由双环腔R1、R2压窄。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，为表述方便，下文中关于方向的表述与附图本身的方向一致，但并不对本发明的结构起限定作用。

本发明公开了一种基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器，利用双环形谐振腔实现游标效应同时通过结构中布里渊光纤激光器实现超窄线宽，解决现有微波光子滤波器不能在拥有大范围调谐的同时具有超窄带宽的技术问题。通过简单地改变泵浦光波长和调节信号发生器输出频率，所提出滤波器的双通带可以稳定调谐。本发明微波光子滤波器在0-20GHz的频率范围内可稳定调谐，带外抑制比超过20dB，其3-dB带宽和最大Q值分别为3.1KHz和6.445×10

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

如图1所示本发明所述的一种基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器，其中包括两个可调谐激光器、三个偏振控制器、相位调制器3、光隔离器4、三个光纤耦合器、两个单模光纤、强度调制器7、信号发生器8、电压源9、掺铒光纤放大器10、光学环形器11、光电探测器12、电矢量网络分析仪13。

基于上述构成要件，本发明的构成关系如下：

由第一可调谐激光器1A与第一偏振控制器2A相连；第一偏振控制器2A与相位调制器3的第一输入端口a相连；所述相位调制器3的第二输入端口b与电矢量网络分析仪11相连；所述相位调制器3的第一输出端口c与光隔离器4相连；所述光隔离器4与第一光纤耦合器5A的第一输入端口a相连；所述第一光纤耦合器5A的第一输出端口b与第二偏振控制器2B相连；所述第二偏振控制器2B与第一单模光纤6A相连；所述第一可调谐激光器1B与第三偏振控制器2C相连；所述第三偏振控制器2C与强度调制器7的第一输入口a相连；所述信号发生器8与强度调制器7的第二输入口b相连；所述电压源9与强度调制器7的第三输入口c相连；所述强度调制器7的第一输出口d与掺铒光纤放大器10相连；所述掺铒光纤放大器10与光学环形器11的第一输入端口a相连；所述光学环形器11的第一输出端口b与第一单模光纤6A相连；所述光学环形器11的第二输出端口c与第二光纤耦合器5B第一输入端口a相连；所述第二光纤耦合器5B第一输出端口b、第三光纤耦合器5C、第二单模光纤6B依次相连；所述第二光纤耦合器5B第二输出端口c与光电探测器12相连；所述光电探测器12与电矢量网络分析仪13相连。

在本发明的一个可行方式中，第一环形腔R1由光学环形器11、第一单模光纤6A、第二偏振控制器2B、第一光纤耦合器5A、第三光纤耦合器5C和第二光纤耦合器5B依次连接，构成一个光学回路，形成一个光学谐振腔；其中第一光纤耦合器5A、第三光纤耦合器5C的分光比均为50％：50％，第二光纤耦合器5B的分光比为90％：10％，其中第二光纤耦合器5B第二输出端口c为10％端口。

基于上述方案，本发明实施例进一步的具体实施方案如下：

结合图1所示，由第一可调谐激光器1A发出中心频率为f

在本公开发明一个可行的方式中，其中第一可调谐激光器1A为可调谐窄线宽激光器，为微波信号提供光载波；第二可调谐激光器1B为与第一可调谐激光器1A同类型激光器，用于发出该微波光子滤波器的泵浦光。

环形腔R

环形腔R

第一光纤耦合器5A、第三光纤耦合器5C的分光比均为50％：50％，第二光纤耦合器5B的分光比为90％：10％，其中第二光纤耦合器5B第二输出端口c为10％端口。

在本公开发明的一个可行的方式中，由第一可调谐激光器1A依次经过第一偏振控制器2A、相位调制器3、光隔离器4、第一光纤耦合器5A、第二偏振控制器2B、第一单模光纤6A到光学环形器11和第一环形腔R

参考图2为本发明实施例提供的基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器所采用的原理示意图。

图2(a)为第一可调谐激光器1A输出频率为f

图3为本发明实施例提供的基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器所采用的游标效应原理图。

图中Δf

FSR＝n

其中FSR

式中L

在上述具体实施例中，图4为本发明实施例提供的基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器的中心频率可调谐特性图。如图所示为调制信号发生器8的输出射频信号f

在上述具体实施例中，本发明实施例提供的双通带微波光子滤波器还可以通过改变泵浦光波长同步地调谐滤波器两个通带的中心频率。由波长与频率之间的关系，f＝c/λ(f为受激布里渊散射泵浦光频率，λ为受激布里渊散射泵浦光波长，光速c＝3×10

在上述具体实施例中，图5为本发明实施例提供的基于布里渊光纤激光器窄线宽可调谐双通带微波光子滤波器中心频率在5.74GHz和15.74GHz时的频率响应图。微波光子滤波器的3dB带宽最窄时仅为3.1KHz，最大Q因子(Q＝f/Δf

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。