[发明专利]一种基于周期性极化型铌酸锂晶体的全光可调谐多通道滤波器

说明书

本发明提供了一种基于周期性极化型铌酸锂晶体的全光可调谐多通道滤波器，属于光通信和微波光子学领域。本发明利用周期性极化型铌酸锂晶体的二阶非线性效应中的和频效应来实现对信号的滤波，并通过输入多个波长的泵浦光可实现多通道的同时滤波，滤波通道的中心波长和消光比可实现全光的调谐，各通道的调谐特性各自独立、不相互影响，具有结构简单、多通道同时滤波、调谐方便等特点。

技术领域

本发明属于光通信和微波光子学领域，特别涉及一种基于周期性极化型铌酸锂晶体的全光可调谐多通道滤波器。

背景技术

在光通信和微波光子领域，常常会使用光纤作为物理介质来进行信息的传输，形成光纤通信网或着光纤微波光子系统。在这些传输应用中，使用波分复用技术能在有限的物理介质上极大地扩宽传输的信号带宽。信号传输的过程中，经常会需要对调制在光上的通信信号或微波信号进行处理，比如滤波就是一种常见的信号处理。传输中间节点处的传统的处理方法是，将光信号转换为电信号，在电域处理后，再转换成光信号继续进行传输。这种方法由于需要经历光-电-光的过程，而电域的器件又受到“电子瓶颈”的限制，将极大地限制系统的传输带宽。

如果能够在光域上对信号直接进行滤波，且带宽能满足高速通信信号或微波光子的滤波需求，尤其是对多个通道上的信息能实现同时滤波并且每个通道还能够独立地进行调谐，那么对于光通信系统和微波光子系统的发展将起到极大的促进作用。传统的光学滤波器可以通过用压电效应、声光效应等物理机制或者微型光机电系统来实现可调谐的功能，但这一类滤波器的调谐速度受到机械运动或声波速度的限制。事实上，介质中的非线性光学效应也可以用来对光信号进行滤波。在许多光学非线性效应中，新频率光波的产生往往需要对输入的信号光能量进行消耗。由于非线性过程中频率和相位匹配条件的要求，当信号光频率发生失谐时，非线性转换的效率下降，此时信号光能量的消耗也随之减少。利用这种效应，可方便地构造出以信号光波长为中心频率的光学陷波滤波器，并通过对泵浦光的调控来实现多个通道的灵活调谐。

发明内容

基于上述的思路，本发明利用周期性极化型铌酸锂晶体中的和频效应对输入信号光的消耗作用，提出了一种全光可调谐的带阻滤波器,通过注入多个波长的泵浦光来实现对多个通道的同时滤波,并通过对泵浦光波长和功率的控制来实现各个滤波通道中心波长和消光比的调谐，从而克服了现有光学带阻滤波器无法实现多通道全光可调谐的缺点。

本发明提供了一种多通道全光可调谐带阻滤波器的实现方式，其原理如图1所示，具体如下：输入到周期性极化型铌酸锂晶体中的波长分别为λ_s1,λ_s2…λ_sN的N组信号光和波长分别为λ_p1,λ_p2…λ_pN的N组泵浦光在满足相位匹配条件的情况下会发生和频效应，使得对应波长的信号光能量被消耗。当信号光波长偏离匹配波长也就是发生失谐时，相位匹配条件不再严格满足，即产生相位失配。随着波长偏离的增加，相位失配量会逐渐增大，和频效应逐渐减弱，对信号光能量的消耗也逐渐减少，从而在多个通道上形成了以对应的匹配信号光波长为中心波长的陷波滤波器。当某个通道对应的泵浦光波长改变时，与之匹配的信号光波长也会随之发生移动，从而实现了该滤波通道中心波长的可调谐。当某个通道所对应的泵浦光功率发生改变时，与之匹配的信号光能量的消耗量也会发生变化，这将引起该滤波通道消光比的改变，从而实现了消光比的可调谐。

本发明还提供了一种实现多通道全光可调谐带阻滤波器的装置图，其结构如图2所示，包括产生N组信号光的可调激光器(可调激光器1、可调激光器2……可调激光器N)和产生N组泵浦光的可调激光器(可调激光器N+1、可调激光器N+2……可调激光器2N)、合波器、周期性极化型铌酸锂晶体和光学滤波器等，其中每一组泵浦光的引入可以实现对应信号光波长上通道的滤波，通过增减泵浦光的数目实现滤波通道数目的增减。