[发明专利]一种基于光子晶体光纤萨格奈克环的微波光子滤波器

说明书

技术领域

本发明属于微波光子滤波技术领域，特别是一种基于光子晶体光纤萨格奈克（Sagnac）环的微波光子滤波器。

背景技术

微波光子滤波器是微波光子学的一个重要分支，它将输入的射频（RF）信号通过调制器调制到光信号上，在光域对RF信号进行处理，最后通过光接收器输出滤波后的微波信号。采用这种方法具有低损耗、高带宽、不受电磁干扰、重量轻和支持高采样频率的优势，这些显著优势使微波光子滤波系统成为宽带射频信号处理中的热点技术而倍受国际关注。近年来研究学者对其进行深入研究，已获得许多实验成果，诸如：可调谐微波光子滤波器、可重构微波光子滤波器、抽头系数为负数的微波光子滤波器和抽头系数为复数微波光子滤波器等。而光子晶体光纤具有优异的调谐特性，在超短脉冲、光纤传感、光纤激光器及滤波器等领域有重要的应用，将其引入微波光子滤波器的多波长光源或延迟单元中，必将极大的改善其系统特性。

可调谐微波光子滤波器与传统微波滤波器相比，具有灵活度高，动态响应范围大，成本低等优点。微波光子滤波器的可调谐性至关重要，也是此领域中的研究热点，但是存在调谐范围小、不能连续可调的问题。常见的方法是使用可调谐延迟线、使用可调谐的调制器等器件，但是这些方法一般都要配上成本较高的可调谐光源，应用起来还有一定困难。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供了一种结构简单、制作技术成熟且可调谐的基于光子晶体光纤萨格奈克环（Sagnac）的微波光子滤波器，该滤波器通过对萨格奈克环中的光子晶体光纤进行液体填充然后改变温度使其双折射率发生变化，进而影响到萨格奈克梳状滤波器的波长间隔，最终可实现滤波器通带中心频率的可调谐。

本发明的技术方案：

一种基于光子晶体光纤萨格奈克环的微波光子滤波器，由宽带光源、萨格奈克环、耦合器B、光谱分析仪、相位调制器、模拟信号发生器、单模光纤、光电探测器和频谱分析仪组成， 萨格奈克环由3dB耦合器A、偏振控制器和填充液体的光子晶体光纤组成，耦合器A的端口c、d与偏振控制器和光子晶体光纤构成回路，宽带光源通过光纤与耦合器A的输入端口a连接，耦合器A的输出端口b通过光纤与耦合器B的输入端口e连接，耦合器B的输出端口g通过光纤与光谱分析仪连接，耦合器B的输出端口f通过光纤与相位调制器连接，相位调制器输出端通过光纤依次与单模光纤、光电探测器串联连接，模拟信号发生器通过导线与相位调制器连接, 光电探测器的输出端口通过导线与频谱分析仪连接。

所述宽带光源的输出光谱范围为1450-1650nm；萨格奈克环中光子晶体光纤的长度取值范围为1-15m；；耦合器A、B均为3dB耦合器；单模光纤的长度为5-30km。

所述光子晶体光纤中的填充液体为Cargille实验室制备的型号为Cat.19340的折射率匹配液，该液体在室温下的折射率为1.5143，温度系数为-0.000393℃^-1；进行选择性填充液体时，首先在电子显微镜下用石蜡将光纤端面的空气孔堵住，再用针管将空气孔打通，然后将这一光纤端面放入需要填充的液体中，从光纤的另一端面抽取空气孔中的空气，使液体进入空气孔中完成填充；填充液体的温度调节范围为20-80℃。

一种所述基于光子晶体光纤萨格奈克环的微波光子滤波器的应用，用于使切割宽带光源后输出的信号光的波长间隔可调谐，通过调节偏振控制器的旋转角度和改变填充液体的温度来调节光子晶体光纤的有效双折射率，最终实现滤波器通带中心频率的连续可调谐。

本发明的工作机理：

根据对萨格奈克环中的光子晶体光纤进行液体填充然后改变温度可以得到其双折射率由                                                连续变化到，由于萨格奈克梳状滤波器的波长间隔为，其中为输入光的中心波长，为光子晶体光纤的双折射率，L为光子晶体光纤的长度。因此当光子晶体光纤双折射率变化的时候萨格奈克梳状滤波器的波长间隔会随之改变，输入信号光的波长间隔也会随之改变，起到了选频的作用。而微波光子滤波器的自由频谱范围为，其中T是由单模光纤的色散引入的延迟，其与自由频谱范围成倒数关系，D是单模光纤的色散系数，L是单模光纤的长度，是输入信号光的波长间隔。由此可见，输入信号光波长间隔的变化会导致FSR的变化，而FSR的值就是滤波器第一个通带中心频率的位置，所以此方案可实现滤波器通带中心频率的连续可调谐。

本发明的优点和有益效果是：