一种可调谐多波长光源微波光子滤波器及滤波方法技术

本发明专利技术公开了一种可调谐多波长光源微波光子滤波器及滤波方法。本发明专利技术的滤波器包括一多波长光源，该多波长光源输出端与调制器的信号输入端连接，该调制器信号输出端经一色散介质与一可编程光滤波器连接，该可编程光滤波器控制输入的子载波及其边带的衰减并将衰减后的信号输入一平衡光电探测器。通过本发明专利技术可以产生各种不同类型的滤波器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微波光子滤波方法。通过可编程的光脉冲整形器，可以实现滤波器抽头系数的自由调节，通过差分光平衡检测器，可以实现滤波器的负抽头系数，该方案属于微波光子学领域。
技术介绍
微波光子学主要研究微波信号与光信号之间的相互作用，与传统的微波系统相比具有体积小、重量轻、成本低、不受电磁干扰、非线性性能好、应用带宽大等优点，在宽带无线通信、雷达系统、电子对抗等领域有深入应用。微波光子滤波是一种重要的微波信号处理手段，它的采样速率高，方便调谐，不受电磁干扰，这种方法在多项场景中有广泛应用。经典的多波长光源微波光子滤波器，可调谐性较差，由于抽头数不能为负数，因此只能实现低通型滤波器，局限性较大。以下是一些已有的微波光子滤波技术：如图1是吉林大学申请的公开专利，公开号为CN103986529A。该方案基于相位调制和两个泵浦信号引起的受激布里渊散射效应，从而实现微波光子滤波器双通带输出。如图2是清华大学申请的公开专利，公开号为CN103259507A，该方案基于光频梳提出一种无杂散干扰微波光子滤波器，能有效抑制杂散频率。如图3是北京科技大学申请的公开专利，公开号为CN101436904A，该方案实现了抽头系数。
技术实现思路
本方案是一种基于多波长光源的可自由编程调谐微波光子滤波器。传统的多波长光源微波光子滤波不易实现负系数抽头，调谐性较差。本方案利用可编程光滤波器和平衡光电检测的办法，实现了可完全编程调谐控制的微波光子滤波。图4是本方案的结构。本专利技术的技术方案为：一种可调谐多波长光源微波光子滤波器，其特征在于，包括一多波长光源，该多波长光源输出端与调制器的信号输入端连接，该调制器信号输出端经一色散介质与一可编程光滤波器连接，该可编程光滤波器控制输入的子载波及其边带的衰减并将衰减后的信号输入一平衡光电探测器。进一步的，该色散介质与该可编程光滤波器之间连接一光放大器。进一步的，该可编程光滤波器将需要实现正系数抽头的子载波和边带从该可编程光滤波器的一输出端口输出，将需要实现负系数抽头的子载波和边带从该可编程光滤波器的另一输出端口输出。进一步的，所述多波长光源输出的多波长光为等频率间隔的多波长光。一种可调谐多波长光源微波光子滤波器的滤波方法，其步骤为：1)确定目标滤波器的频响，以及该目标滤波器的抽头系数h(n)；2)根据h(n)的大小和符号正负编写可编程光滤波器，控制光波长的衰减和输出通道，使得光梳频谱形状满足h(n)的分布，并将所有h(n)为正对应的光梳子波长和边带从一通道输出、将h(n)为负对应的光梳子波长和边带从另一通道输出；3)用平衡光电探测器对该可编程光滤波器的两输出光路进行检测得到滤波器的输出。进一步的，根据抽头数N以及采样频率T＝β2ωrL计算得到该目标滤波器的抽头系数h(n)；其中，β2是色散介质的二阶色散，L是色散介质的长度，ωr是多波长光源重复角频率。本专利技术的方案原理如下，多波长光源输出等频率间隔的多波长光，表达式如下所示其中Es(t)N为多波长光源波长数，I(n)为第n个子波长的光强，ω0为第一个光波长角频率，ωr是多波长光源重复角频率，t为时间假设调制器为双边带调制。调制器的传输函数如下：其中Em(t)为调制器输出信号，VRF为射频信号，Jn(x)为n阶贝塞尔函数，ARF和ωRF分别为射频信号的幅度和角频率，Vπ为调制器半波电压。被微波信号调制后，光信号经过色散介质传输，每个子载波和边带引入了一个与频率有关的附加项θ(ω)，描述如下其中β2是色散介质的二阶色散，更高阶的色散被忽略。L是色散介质的长度。利用一个可编程的光滤波器，可以分别编程控制每个子载波和它们的边带，新的子载波强度设为Is(n)。可编程光滤波器可以编程控制每个子载波和它们的边带从不同的光路输出。通过选择将所有子载波从2个不同光路输出后(将所有需要实现正系数抽头的子载波和边带，从1个端口输出，所有需要实现负系数抽头的子载波和边带，从第二个端口输出)，经过平衡光电探测，得到输出的电信号为：其中Eo(t)为平衡光电探测输出信号。综上所述，系统的传递函数为T＝β2ωrL而一个典型FIR型滤波器的传递函数为比较可得，方案所提出的系统实现了一个可自由编程控制的微波光子滤波器，采样率由二阶色散，色散介质长度和多波长光源的重复角频率三者综合控制，本专利技术中采样率为T的倒数，T＝β2ωrL。G(ω)是由不同调制在色散介质中产生的衰落。比较而言，单边带调制会引入相位项，破坏了线性相位的条件，相位调制在低频段的响应很小，制约了实际应用。双边带调制引入余弦型的幅度响应，但对相位没有影响，这可以通过对滤波器幅度响应的预处理进行补偿。与现有技术相比，本专利技术的积极效果为：通过固定的结构，可以产生各种不同类型的滤波器，如低通，高通，带通，带阻，多通带，多阻带等。所有滤波器响应参数，如通带频率，截止频率，纹波系数等，都可以通过电脑编程控制实现。图5是一些该方案的实验结果，通过本方案的技术，可以物理实现任意形状频响的滤波器，这是现有的技术所不具备的功能。附图说明图1为浙江大学申请的滤波器结构图；图2为清华大学申请的滤波器结构图；图3为北京科技大学申请的滤波器结构图；图4为本专利技术滤波器结构原理图；图5为四种典型滤波器滤波效果图；(a)低通滤波器，(b)高通滤波器，(c)带通滤波器，(d)带阻滤波器；图6为三通带滤波器的理论频响图；图7为三通带滤波器的实际频响和理论频响对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步详细描述。实施例以产生一个三通带滤波器为例。步骤1.确定目标滤波器频响，如截止频率、通带频率、阻带抑制和通带纹波等，如图6所示。步骤2.根据滤波器的抽头数N，以及采样频率fs＝1/β2(ω)ωrL计算得到该目标滤波器的抽头系数h(n)(可使用窗函数法，频率采样法等)。步骤2.系统的链路如上所示，滤波器的输入为电光调制器的射频端。步骤3.根据h(n)的大小和符号正负，编写可编程光滤波器。可编程光滤波器可以控制每个光波长的衰减和输出通道。通过调整光梳波长的衰减，使得光梳频谱形状满足h(n)的分布。通过调整输出通道，将所有h(n)为正对应的光梳子波长和边带从其中一个通道输出，将h(n)为负对应的光梳子波长和边带从其中另一个通道输出。步骤4.将可编程光滤波器的2个输出光路，用平衡光电探测器检测得到滤波器的输出，如图7所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐多波长光源微波光子滤波器，其特征在于，包括一多波长光源，该多波长光源输出端与调制器的信号输入端连接，该调制器信号输出端经一色散介质与一可编程光滤波器连接，该可编程光滤波器控制输入的子载波及其边带的衰减并将衰减后的信号输入一平衡光电探测器。

【技术特征摘要】
1.一种可调谐多波长光源微波光子滤波器，其特征在于，包括一多波长光源，该多波长光源输出端与调制器的信号输入端连接，该调制器信号输出端经一色散介质与一可编程光滤波器连接，该可编程光滤波器控制输入的子载波及其边带的衰减并将衰减后的信号输入一平衡光电探测器。2.如权利要求1所述的可调谐多波长光源微波光子滤波器，其特征在于，该色散介质与该可编程光滤波器之间连接一光放大器。3.如权利要求1或2所述的可调谐多波长光源微波光子滤波器，其特征在于，该可编程光滤波器将需要实现正系数抽头的子载波和边带从该可编程光滤波器的一输出端口输出，将需要实现负系数抽头的子载波和边带从该可编程光滤波器的另一输出端口输出。4.如权利要求1所述的可调谐多波长光源微波光子滤波器，其特征在于，所述多波长光源输...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓琪，陈章渊，陈菲雅，朱立新，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11