[发明专利]基于光纤MZI内嵌啁啾光栅的可调谐微波光子滤波器装置

说明书

本发明公开了一种基于光纤MZI内嵌啁啾光栅的可调谐微波光子滤波器装置，本发明采用在装置中设置干涉仪，干涉仪内两条光路分别构成干涉仪的第一臂长及第二臂长，将啁啾光栅反向内嵌于两臂中，通过在啁啾光栅的带宽内调谐激光载波的波长，激光在啁啾光栅不同位置的反射，从而实现滤波器的FSR自由频谱宽度可调谐，实现了基于幅度调制和啁啾光栅色散的二抽头精密可调谐MWP滤波装置。本发明与基于啁啾光栅PM‑IM转换的方案相比，具有LCFBG线性啁啾布拉格光栅的栅区更长、带宽更大、能实现FSR自由频谱宽度的调谐、精度达到0.1MHz的量级且连续可调的优点。本发明技术方案简洁、可设计性强且在工程技术领域内具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其是一种基于光纤MZI内嵌啁啾光栅的可调谐微波光子滤波器装置。

背景技术

微波光子滤波从兴起到迅猛发展，仅仅经历了几十年的时间。由于其基于光学手段和微波技术的精妙结合，使其在光学微波信号处理，光控相控阵天线，光载无线通信，光生微波技术特别是超宽带和任意波波形产生，啁啾微波脉冲产生和微波微分器等方面展示出巨大的应用前景。对微波光子滤波器(Microwave Photonic Filter，MWP)的研究主要集中于以下考虑：光源是单一光源还是多个光源或宽带光源；工作于光相干状态还是非相干状态；基于何种延迟结构，如多条光纤延迟线，色散光纤，光纤光栅FBG，光纤环等；基于何种调制手段:相位调制(Phase Modulation，PM)，强度调制(IntensityModulation，IM)，偏振调制(Polarization Modulation，PM)，单边带、多边带调制等；实现滤波器的种类:带通、带陷、低通、高通滤波器等。

根据文献调研，加拿大渥太华大学的姚建平小组长期致力于MWP滤波器和微波信号的产生处理方面的研究。2005年，该小组报道了利用四个光源组成的光源阵列和25公里单模光纤作为色散延迟介质实现了带通滤波器。该方案利用相位调制通过色散转换成强度调制(PM-IM)的原理，并对其进行了充分的理论认证和模拟。该方案实现了通带宽度2.65GHz，主从旁瓣抑制比30dB的滤波效果。同时通过调节四个光源之间的波长间隔，还可以实现对滤波器自由频谱宽度(FSR)的调谐。

现有技术的光纤光栅FBG，特别是啁啾光纤光栅CFBG，基于其大色散的性质，在啁啾微波信号的产生等方面有着重要的应用价值，在微波光子学中也有重要应用。基于CFBG的MWP滤波器同样也利用了其大色散和啁啾性质。2007年，姚建平小组在前述实验的基础上，报道了利用线性啁啾光栅LCFBG作为色散延迟介质实现可调谐带通滤波器的方案，并对其机理进行了分析。该方案同样也是基于色散介质将相位调制转成强度调制的效应，不同的是，该方案报道了利用此效应可以实现同时具有正抽头和负抽头的带通滤波器的结果。该方案实现了1.14-4.55GHz连续可调的同时具有正、负抽头的带通滤波器。2009年，该小组又对微波光子学系统中基于色散元件实现PM-IM转换的原理进行了深入的、彻底的分析。至此，PM-IM转换方法有了系统的理论解释和实验借鉴。存在的问题是，由于受制于光栅栅区长度、带宽的限制，导致调谐精度的量级受限，且无法实现连续可调。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于光纤MZI内嵌啁啾光栅的可调谐微波光子滤波器装置，本发明采用在装置中设置干涉仪，干涉仪内的两条光路分别构成干涉仪的第一臂长及第二臂长，将啁啾光栅反向内嵌于两臂中，通过在啁啾光栅的带宽内调谐激光载波的波长，激光在啁啾光栅不同位置的反射，从而实现滤波器的FSR自由频谱宽度可调谐，实现了基于幅度调制和啁啾光栅色散的二抽头精密可调谐MWP滤波装置。本发明与基于啁啾光栅PM-IM转换的方案相比，具有LCFBG线性啁啾布拉格光栅的栅区更长、带宽更大、能实现FSR自由频谱宽度的调谐、精度达到0.1MHz的量级且连续可调的优点。本发明技术方案简洁、可设计性强且在工程技术领域内具有广阔的应用前景。

实现本发明目的的具体技术方案是：