[发明专利]基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波光子滤波器，适用于光纤微波通信(RoF：Radioon/over Fiber)、微波光子、卫星通信以及雷达等领域。

背景技术

日新月异的通信技术和IT技术，促进社会不断发展。大容量数字微波传输系统投入使用后不久，就被大容量长距离光纤通信系统取代。近几年，伴随着电子技术高速、高频化的出现，毫米波波段又迎来复兴期，在电磁波波段，先进的光纤通信技术正发挥着作用。对人类来说，21世纪留给人们的最大资产是电波和光融合的电磁波波段。换言之，现代通信的关键是“光和无线”。

微波在卫星通信和陆地移动通信系统中的应用日益普遍，而微波滤波器在通信系统中占有十分重要的地位，是一种关键的射频器件。

目前微波滤波器的发展趋势主要包括阶跃阻抗谐振滤波器，具有较好的抑制谐波性能且加工尺寸小；微波有源滤波器，可以不失真地通过所要求的通带信号，同时尽可能大地抑制不需要的阻带信号，是实现该频段低损耗和高性能微波集成滤波器的重要手段，具有很大的市场潜力；薄膜声学体波共振技术，在小型化方面占有绝对的优势，可实现体积小于目前基于陶瓷产品10％的产品；此外，微波、毫米波通信，雷达、测量仪表等系统和设备，要求微波器件与电路达到更高、更新的水平，超导材料的出现为微波技术的发展带来新的推动力。随着移动通信、电子对抗和导航技术的飞速发展，对新的微波元器件的需求和现有器件性能的改善提出了更高的要求。

微波光子技术将微波学和光学融合在一起，成为一个全新的技术领域，通常称为Microwave Photonics(简称MWP)。光子技术和微波、毫米波的集成在远程通信的发展上打开了一个神奇的、充满希望的领域。光技术和电波技术相融合，利用光纤具有的低损耗、大容量、无感应、重量轻、易于搬运等特点，在传统的微波技术中引入光技术，可组成信息社会的基础网络，达到个别技术不断发展也无法实现的通信系统高功能化和高度化。最近十年，微波光子学引起了世界各国的重视，现在专门的微波光子国际会议每年在北美、欧洲、亚太地区轮流召开。

事实上，由于在微波/毫米波光纤系统中潜在的应用价值，光域上的微波信号处理技术已经引起了众多研究者的兴趣，成为近年来一个国际上的研究热点。比起传统的电子微波滤波器，微波光子滤波器有着电磁环境兼容性好、体积小、重量轻和工作带宽较宽等优点。光纤光栅具有良好的波长选择性能和滤波特性，能以灵巧的方式构建微波光子滤波器，因此近年提出了许多基于光纤光栅的微波光子滤波器结构，如不平衡马赫曾德干涉仪结构、基于宽带光源和光纤光栅阵列的结构、采用超结构光栅和宽带光源的结构、采用光纤光栅对的结构、基于可调谐激光器和光纤光栅的结构以及应用计算机控制差分延迟线的可调滤波结构等，但是存在的主要问题是成本较高，结构复杂，可调谐性较差。

在期刊《光电子·激光》2006年1月出版，第17卷1期中的“基于光纤环的可调谐微波光子滤波器”中，提出了一种微波光子滤波器结构，激光器的输出端接调制器的一个输入端，射频信号发生器的输出端接调制器的另一个输入端；调制器的输出端接光纤耦合器的一个输入端，光纤耦合器的另一个输入端与光纤环形器的第一端口相连，光纤环形器的第二端口与光纤耦合器的一个输出端相连，光纤环形器第三端口连接N个串联的光纤光栅；光纤耦合器的另一个输出端与光电检测器的输入端连接；该结构的微波光子滤波器充分利用光纤光栅的波长选择特性，其自由频程可通过改变输入光载波的波长而实现连续调谐，具有陡峭的带外衰减，平坦的带内幅频特性和相位特性；但该结构的滤波器最大的缺陷在于品质因数比较低，使得滤波器性能差。

总之，微波滤波器在通信系统中占有十分重要的地位，是一种关键的射频器件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提高微波光子滤波器的品质因数，改善滤波器性能，提供一种基于啁啾光纤光栅和有源光纤的微波光子滤波器。

本发明的技术方案：

基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器，构成该滤波器的器件之间的连接为：激光器的输出端接调制器的一个输入端，射频信号发生器的输出端接调制器的另一个输入端；调制器的输出端接光纤耦合器的一个输入端，光纤耦合器的另一个输入端接光纤环形器的第一端口，光纤环形器的第二端口与掺杂有源光纤的一端相连，光纤环行器的第三端口串联N个啁啾光纤光栅，掺杂有源光纤的另一端与波分复用器的输出端相连，波分复用器的一个输入端接泵浦源，波分复用器的另一个输入端与光纤耦合器的一个输出端相连，光纤耦合器的另一个输出端与光电检测器的输入端连接。