本發(fā)明屬于微波光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高非線性光纖受激布里淵散射效應(yīng)、一個(gè)或者多個(gè)泵浦信號(hào)的可重構(gòu)可調(diào)諧陷波微波光子濾波器。

背景技術(shù)：

隨著無(wú)線通信、雷達(dá)和遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，微波頻率資源越來(lái)越緊張，人們也越來(lái)越重視對(duì)有用微波信號(hào)的處理過(guò)程和保存途徑。同時(shí)在愈加復(fù)雜的微波信號(hào)中也會(huì)存在越來(lái)越多的人們不需要的微波干擾信號(hào)，影響著人們對(duì)信號(hào)的準(zhǔn)確接收，所以研究陷波濾波器逐漸成為一項(xiàng)熱點(diǎn)。陷波濾波器是在某一個(gè)頻率點(diǎn)迅速衰減輸入信號(hào)，以達(dá)到阻礙此頻率信號(hào)通過(guò)的濾波效果。從通過(guò)信號(hào)的頻率范圍的角度來(lái)看，陷波濾波器屬于帶阻濾波器的一種,只是它的阻帶非常狹窄。用以往在傳統(tǒng)電域中處理信號(hào)的方法，并不能精確消除或削弱干擾信號(hào)。并且整個(gè)過(guò)程損耗大、速度慢、抗電磁干擾能力弱。所以隨著光載無(wú)線電(rof)技術(shù)的發(fā)展，具有靈活重構(gòu)特性的陷波微波光子濾波器的研究具有更為廣泛的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于受激布里淵散射效應(yīng)、一個(gè)或者多個(gè)泵浦信號(hào)的可重構(gòu)可調(diào)諧微波光子濾波器。

本發(fā)明所述的可重構(gòu)陷波微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由激光器、雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)枏?qiáng)度調(diào)制器(ddmzm)、光隔離器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、高非線性光纖、強(qiáng)度調(diào)制器、第一微波信號(hào)源、第二微波信號(hào)源、雙平行馬赫曾德?tīng)枏?qiáng)度調(diào)制器(dpmzm)、第一直流穩(wěn)壓電源、第二直流穩(wěn)壓電源、第三直流穩(wěn)壓電源、第四直流穩(wěn)壓電源、第五直流穩(wěn)壓電源、光環(huán)形器和光電探測(cè)器組成；

其中，激光器包括第一激光器和第二激光器，第一激光器輸出頻率為fc1的光信號(hào)作為光載波被送到雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)枏?qiáng)度調(diào)制器中；雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器內(nèi)部共有兩個(gè)支路，見(jiàn)圖2，兩個(gè)支路接有同一個(gè)射頻輸入端，第一支路有一個(gè)直流偏置端，與第五直流穩(wěn)壓電源相接，調(diào)節(jié)直流偏置端的電壓能夠改變雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器第一支路光信號(hào)的相位，使雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器工作在雙邊帶調(diào)制狀態(tài)；由網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的具有一定頻帶寬度的待濾波的小幅微波信號(hào)通過(guò)雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)枏?qiáng)度調(diào)制器加載到光載波上，之后輸出的相位相反、強(qiáng)度不同的一系列一階上邊帶和下邊帶信號(hào)經(jīng)光隔離器進(jìn)入到高非線性光纖中，且通過(guò)調(diào)整第五直流穩(wěn)壓電源改變第一支路的直流偏置電壓，使上邊帶強(qiáng)度小于下邊帶強(qiáng)度；

第二激光器輸出頻率為fc2的光信號(hào)被送到強(qiáng)度調(diào)制器中，頻率為fc2的光信號(hào)被第一微波信號(hào)源輸出的頻率為fp的微波信號(hào)調(diào)制(在濾波器的工作過(guò)程中，fp的頻率可以根據(jù)對(duì)濾波器輸出頻段的要求進(jìn)行改變)，調(diào)整第四直流穩(wěn)壓電源的輸出改變強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏壓使其工作在載波抑制的雙邊帶調(diào)制狀態(tài)，則經(jīng)強(qiáng)度調(diào)制器輸出后，出現(xiàn)頻率為fc2±fp、fc2±2fp、…、fc2±n*fp的一系列上、下邊帶，載波以及其余邊帶被忽略掉，這一系列上、下邊帶信號(hào)繼續(xù)送入雙平行馬赫曾德?tīng)枏?qiáng)度調(diào)制器中；

雙平行馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器由第一馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器、第二馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器和移相器組成，見(jiàn)圖3，第一馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器單獨(dú)構(gòu)成第三支路，第二馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器和移相器構(gòu)成第四支路；第一馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器和第二馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器均為強(qiáng)度調(diào)制器。第一馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器具有第一射頻輸入端和第一直流偏置端；第二馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器具有第二射頻輸入端和第二直流偏置端；移相器只有一個(gè)直流偏置電壓輸入端，即第三直流偏置端，通過(guò)調(diào)節(jié)第三直流偏置端的電壓能夠改變雙平行馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器第二支路光信號(hào)的相位，使雙平行馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器工作在載波被抑制的單邊帶調(diào)制狀態(tài)；第一直流穩(wěn)壓電源與第一直流偏置端相連，第二直流穩(wěn)壓電源與第二直流偏置端相連，第三直流穩(wěn)壓電源與第三直流偏置端相連，第一射頻輸入端與第二微波信號(hào)源相連，第二射頻輸入端接地；同時(shí)第二微波信號(hào)源輸入微波頻率vb的微波信號(hào)，vb為本系統(tǒng)中的高非線性光纖的受激布里淵頻移量，所以形成了fc2+fp+vb、fc2+2fp+vb、…、fc2+n*fp+vb一系列光信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)光環(huán)形器的1端口輸入光環(huán)形器并由2端口輸出進(jìn)入到高非線性光纖中，作為高非線性光纖受激布里淵散射的泵浦信號(hào)；

雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器輸出經(jīng)光隔離器進(jìn)入到高非線性光纖中的相位相反、上邊帶強(qiáng)度小于下邊帶強(qiáng)度的信號(hào)和下支路輸出的n個(gè)泵浦信號(hào)在高非線性光纖中相互作用，發(fā)生受激布里淵散射后，通過(guò)環(huán)形器的2端口輸入到光環(huán)形器中，從光環(huán)形器的3端口輸出，然后通過(guò)光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后送入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)其測(cè)試，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的陷波輸出。

第一激光器輸出頻率為fc1的光信號(hào)作為光載波；由網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的一系列待濾波的小幅微波信號(hào)(其中包括頻率為fm1、fm2、fm3……fmn的信號(hào)，且fm2-fm1＜2vb,vb為受激布里淵頻移量)通過(guò)雙驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)制器加載到光載波上，輸出的相位相反、強(qiáng)度不同的一系列上邊帶和下邊帶信號(hào)(圖4(1))經(jīng)光隔離器進(jìn)入到高非線性光纖中；第二激光器輸出頻率為fc2的光信號(hào)被送到強(qiáng)度調(diào)制器中，頻率為fc2的光信號(hào)隨后被第一微波信號(hào)源輸出的頻率為fp的微波信號(hào)調(diào)制(在濾波器的工作過(guò)程中，fp的頻率可以根據(jù)對(duì)濾波器輸出頻段的要求進(jìn)行改變)，調(diào)整強(qiáng)度調(diào)制器的直流偏壓使其工作在載波抑制的雙邊帶調(diào)制狀態(tài)，調(diào)制輸出一系列上、下邊帶(圖4(2))，載波被忽略掉，這一系列上、下邊帶信號(hào)繼續(xù)送入雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器，隨后被第二微波信號(hào)源輸出的頻率為vb的微波信號(hào)調(diào)制，調(diào)整直流偏壓使其工作在單邊帶調(diào)制狀態(tài)，僅輸出一系列上邊帶(圖4(3))，再經(jīng)過(guò)環(huán)形器的1端口輸入并由2端口輸出進(jìn)入到高非線性光纖中，作為高非線性光纖受激布里淵散射的泵浦信號(hào)。

對(duì)于圖4(1)中的調(diào)制信號(hào)，當(dāng)某頻率處上邊帶強(qiáng)度由于受激布里淵散射效應(yīng)被增強(qiáng)時(shí)，此時(shí)其上邊帶與下邊帶相對(duì)應(yīng)處強(qiáng)度相等，而其它頻率出上下邊帶強(qiáng)度仍然不同，因此，此處的的微波信號(hào)將會(huì)被濾波輸除，進(jìn)而產(chǎn)生了陷波。

通過(guò)改變第二激光器的頻率fc2，就可以改變兩個(gè)陷波中心頻率的值，實(shí)現(xiàn)陷波中心頻率的變化，即中心頻率可調(diào)諧。

本發(fā)明的可重構(gòu)陷波微波光子濾波器有三種工作情況：

情況一：當(dāng)fp＝2vb時(shí)，圖4(3)中前一個(gè)泵浦信號(hào)損耗譜和與其相鄰后一個(gè)泵浦信號(hào)增益譜頻率相同，相互抵消，濾波器輸出單個(gè)陷波，且陷波譜型與受激布里淵的損耗譜型相同，濾波器的頻率范圍取決于泵浦信號(hào)的數(shù)量。

1)當(dāng)引入一個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)，陷波濾波器的頻率范圍為2vb：

2)當(dāng)引入兩個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)，陷波濾波器的頻率范圍為4vb：

3)當(dāng)引入三個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)，陷波濾波器的頻率范圍為6vb：

情況二：當(dāng)fp>2vb時(shí)，濾波器可以產(chǎn)生多個(gè)陷波。泵浦信號(hào)個(gè)數(shù)不同，陷波個(gè)數(shù)不同。

1)當(dāng)引入兩個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生兩個(gè)陷波，且陷波譜型與受激布里淵的損耗譜型；

2)當(dāng)引入三個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生三個(gè)陷波，且陷波譜型與受激布里淵的損耗譜型相同：

情況三：當(dāng)0<fp<vb時(shí)，多個(gè)泵浦信號(hào)產(chǎn)生的增益譜相互疊加，產(chǎn)生一個(gè)帶寬被展寬的陷波，圖10為四個(gè)泵浦信號(hào)疊加時(shí)的情況。

本發(fā)明選用波長(zhǎng)為1550nm(對(duì)應(yīng)頻率為fc1＝193.41448903thz)的第一激光器作載波光源，第二激光器的頻率范圍為193.41thz～193.45thz(對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)1549.7nm-1550nm)，雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)枏?qiáng)度調(diào)制器工作的光波長(zhǎng)為1530nm～1580nm，帶寬為25ghz；網(wǎng)絡(luò)分析儀的頻率范圍為40mhz～40ghz；光電探測(cè)器探測(cè)帶寬為20ghz；高非線性光纖的受激布里淵增益線寬為γb＝30mhz，布里淵頻移量vb＝10ghz，光纖長(zhǎng)度為1000米，增益和損耗峰值為5db；光隔離器的隔離度大于40db；強(qiáng)度調(diào)制器的帶寬為20ghz；微波信號(hào)源的輸出頻率范圍為40mhz～10ghz。

先設(shè)定第二激光器的頻率也為193.41448903thz，則無(wú)論引入多少個(gè)泵浦信號(hào)，都會(huì)在以各個(gè)泵浦信號(hào)為中心的下頻率區(qū)距離微布里淵頻移10ghz處產(chǎn)生陷波。泵浦信號(hào)個(gè)數(shù)不同，陷波中心頻率和調(diào)諧范圍也不同。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的可重構(gòu)陷波微波光子濾波器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)基于強(qiáng)度調(diào)制和泵浦信號(hào)引起的受激布里淵散射效應(yīng)，增益譜對(duì)上邊帶強(qiáng)度進(jìn)行放大，使對(duì)應(yīng)位置強(qiáng)度相同，實(shí)現(xiàn)微波光子濾波器的陷波輸出。

(2)通過(guò)改變泵浦信號(hào)的個(gè)數(shù)和頻率，實(shí)現(xiàn)陷波個(gè)數(shù)、陷波頻率和陷波譜型的重構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1：陷波微波光子濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：雙驅(qū)動(dòng)馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3：雙平行馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4：陷波微波光子濾波器頻譜處理過(guò)程示意圖；

圖5：產(chǎn)生一個(gè)陷波引入一個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)譜結(jié)果圖；

圖6：產(chǎn)生一個(gè)陷波引入兩個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)譜結(jié)果圖；

圖7：產(chǎn)生一個(gè)陷波引入三個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)譜結(jié)果圖；

圖8：產(chǎn)生多個(gè)陷波引入兩個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)譜結(jié)果圖；

圖9：產(chǎn)生多個(gè)陷波引入三個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)譜結(jié)果圖；

圖10：陷波被增益譜疊加展寬的譜結(jié)果圖；

圖11：產(chǎn)生一個(gè)陷波引入兩個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)結(jié)果仿真圖；

圖12：產(chǎn)生一個(gè)陷波引入三個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)結(jié)果仿真圖；

圖13：產(chǎn)生多個(gè)陷波引入兩個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)結(jié)果仿真圖；

圖14：產(chǎn)生多個(gè)陷波引入三個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)結(jié)果仿真圖；

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

第一激光器和第二激光器為santec公司的tsl-510可調(diào)激光器，第一激光器的波長(zhǎng)設(shè)定為1550nm(對(duì)應(yīng)頻率為fc1＝193.41448903thz)，第二激光器的波長(zhǎng)也設(shè)為1550nm，雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)枏?qiáng)度調(diào)制器為photline公司的mzdd-ln-10，其帶寬25ghz；網(wǎng)絡(luò)分析儀為安捷倫的8722es矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，頻率范圍為40mhz-40ghz；泰克公司的光電探測(cè)器，帶寬為20ghz；隔離器的隔離度大于40db；長(zhǎng)飛光纖光纜有限公司的高非線性光纖，高非線性光纖的布里淵增益線寬為γb＝30mhz，布里淵頻移為10ghz，光纖長(zhǎng)度為1000米，增益和損耗峰值為5db；強(qiáng)度調(diào)制器為photline公司的mxan-ln-20，帶寬為20ghz，直流偏壓為9v，能使該調(diào)制器輸出為載波抑制的雙邊帶調(diào)制，強(qiáng)度調(diào)制器所加的頻率為fp的信號(hào)由第一微波信號(hào)源提供；安捷倫公司的微波信號(hào)發(fā)生器e8257d,輸出頻率范圍為100khz～20ghz；雙平行馬赫曾德?tīng)枏?qiáng)度調(diào)制器為photline公司的mxiq-ln-40，其帶寬大于20ghz。光環(huán)形器的p/n：fcir-55-2-l-1-1(sr5905)，qty:1pc。

按圖1連接好相應(yīng)的儀器設(shè)備，第一激光器的頻率設(shè)定為fc1＝193.41448903thz，網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出頻率范圍為40mhz～40ghz的微波信號(hào)通過(guò)雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器加載到光載波上，輸出的信號(hào)通過(guò)隔離器后進(jìn)入到高非線性光纖中。在另一支路，第二激光器輸出的頻率為fc2＝193.41448903thz的光信號(hào)首先進(jìn)入到強(qiáng)度調(diào)制器中，被第一微波信號(hào)發(fā)出的微波所調(diào)制，此時(shí)微波頻率設(shè)為fp＝2vb＝20ghz，強(qiáng)度調(diào)制器的輸出頻率為fc2±nfp的一系列上下邊帶，被送入雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器中，產(chǎn)生單邊帶調(diào)制的泵浦信號(hào)，再通過(guò)環(huán)形器的1端口進(jìn)入到高非線性光纖中。在高非線性光纖中，探測(cè)信號(hào)和泵浦信號(hào)相互作用，發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)，與泵浦信號(hào)的頻率間隔為vb的下頻率區(qū)位置的信號(hào)將被增強(qiáng)，使上下邊帶強(qiáng)度相同，從而實(shí)現(xiàn)陷波輸出。圖11為當(dāng)fp＝2vb＝20ghz，并引入兩個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)，濾波器的輸出結(jié)果，陷波與干擾通帶之間的距離為4vb，即40ghz。

實(shí)施例2

按圖1連接好相應(yīng)的儀器設(shè)備，第一激光器的頻率設(shè)定為fc1＝193.41448903thz，網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出頻率范圍為40mhz～40ghz的微波信號(hào)通過(guò)雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器加載到光載波上，輸出的信號(hào)通過(guò)隔離器后進(jìn)入到高非線性光纖中。在另一支路，第二激光器輸出的頻率仍設(shè)定為fc2＝193.41448903thz的光信號(hào)首先進(jìn)入到強(qiáng)度調(diào)制器中，被第一微波信號(hào)的微波所調(diào)制，強(qiáng)度調(diào)制器的輸出頻率為fc2±nfp的一系列上下邊帶，被送入雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器中，產(chǎn)生單邊帶調(diào)制的泵浦信號(hào)，再通過(guò)環(huán)形器的1端口進(jìn)入到高非線性光纖中。在高非線性光纖中，探測(cè)信號(hào)和泵浦信號(hào)相互作用，發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)，與泵浦信號(hào)的頻率間隔為vb的下頻率區(qū)位置的信號(hào)將被增強(qiáng)，使上下邊帶強(qiáng)度相同，從而實(shí)現(xiàn)陷波輸出。圖12為當(dāng)fp＝2vb＝20ghz，并引入三個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)，濾波器的輸出結(jié)果，陷波與干擾通帶之間的距離為6vb，即60ghz。

實(shí)施例3

按圖1連接好相應(yīng)的儀器設(shè)備，第一激光器的頻率設(shè)定為fc1＝193.41448903thz，網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出頻率范圍為40mhz～40ghz的微波信號(hào)通過(guò)雙驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)制器加載到光載波上，輸出的信號(hào)通過(guò)隔離器后進(jìn)入到高非線性光纖中。在另一支路，第二激光器輸出的頻率仍設(shè)定為fc2＝193.41448903thz的光信號(hào)首先進(jìn)入到強(qiáng)度調(diào)制器中，被第一微波信號(hào)的微波所調(diào)制，強(qiáng)度調(diào)制器的輸出頻率為fc2±nfp的一系列上下邊帶，被送入雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器中，產(chǎn)生單邊帶調(diào)制的泵浦信號(hào)，再通過(guò)環(huán)形器的1端口進(jìn)入到高非線性光纖中。在高非線性光纖中，探測(cè)信號(hào)和泵浦信號(hào)相互作用，發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)，與泵浦信號(hào)的頻率間隔為vb的下頻率區(qū)位置的信號(hào)將被增強(qiáng)，使上下邊帶強(qiáng)度相同，從而實(shí)現(xiàn)陷波輸出。圖13為當(dāng)fp＝35ghz>2vb，并引入兩個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)，濾波器的輸出結(jié)果，出現(xiàn)了兩個(gè)陷波。

實(shí)施例4

按圖1連接好相應(yīng)的儀器設(shè)備，第一激光器的頻率設(shè)定為fc1＝193.41448903thz，網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出頻率范圍為40mhz～40ghz的微波信號(hào)通過(guò)雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器加載到光載波上，輸出的信號(hào)通過(guò)隔離器后進(jìn)入到高非線性光纖中。在另一支路，第二激光器輸出的頻率仍設(shè)定為fc2＝193.41448903thz的光信號(hào)首先進(jìn)入到強(qiáng)度調(diào)制器中，被第一微波信號(hào)的微波所調(diào)制，強(qiáng)度調(diào)制器的輸出頻率為fc2±nfp的一系列上下邊帶，被送入雙平行馬赫曾德?tīng)栒{(diào)制器中，產(chǎn)生單邊帶調(diào)制的泵浦信號(hào)，再通過(guò)環(huán)形器的1端口進(jìn)入到高非線性光纖中。在高非線性光纖中，探測(cè)信號(hào)和泵浦信號(hào)相互作用，發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)，與泵浦信號(hào)的頻率間隔為vb的下頻率區(qū)位置的信號(hào)將被增強(qiáng)，使上下邊帶強(qiáng)度相同，從而實(shí)現(xiàn)陷波輸出。圖14為當(dāng)fp＝35ghz>2vb，并引入三個(gè)泵浦信號(hào)時(shí)，濾波器的仿真結(jié)果，出現(xiàn)了三個(gè)陷波。