基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于啁啾和掺杂有源光纤的微波光子滤波器，其构成器件的连接：激光器（１０）输出端及射频信号发生器（２０）输出端分别接调制器（３０）两个输入端；调制器输出端接光纤耦合器（４０）的一个输入端，光纤耦合器另一个输入端接光纤环形器（５０）第一端口，光纤环形器第二端口接掺杂有源光纤（６０）的一端，掺杂有源光纤另一端接波分复用器（７０）输出端；光纤环形器的第三端口与Ｎ个光纤光栅串接。波分复用器一个输入端接泵浦源（８０），另一个输入端与光纤耦合器的一个输出端相连。光纤耦合器另一个输出端接光电检测器（１００）输入端。该滤波器品质因数高、成本低。用于光纤微波通信、微波光子、卫星通信及雷达等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微波光子滤波器，适用于光纤微波通信(RoF: Radio on/over Fiber)、微波光子、卫星通信以及雷达等领域。
技术介绍
日新月异的通信技术和IT技术，促进社会不断发展。大容量数字微波传 输系统投入使用后不久，就被大容量长距离光纤通信系统取代。近几年，伴随 着电子技术高速、高频化的出现，毫米波波段又迎来复兴期，在电磁波波段， 先进的光纤通信技术正发挥着作用。对人类来说，21世纪留给人们的最大资产 是电波和光融合的电磁波波段。换言之，现代通信的关键是"光和无线"。微波在卫星通信和陆地移动通信系统中的应用日益普遍，而微波滤波器在 通信系统中占有十分重要的地位，是一种关键的射频器件。目前微波滤波器的发展趋势主要包括阶跃阻抗谐振滤波器，具有较好的抑 制谐波性能且加工尺寸小；微波有源滤波器，可以不失真地通过所要求的通带 信号，同时尽可能大地抑制不需要的阻带信号，是实现该频段低损耗和高性能 微波集成滤波器的重要手段，具有很大的市场潜力；薄膜声学体波共振技术， 在小型化方面占有绝对的优势，可实现体积小于目前基于陶瓷产品10%的产品； 此外，微波、毫米波通信，雷达、测量仪表等系统和设备，要求微波器件与电 路达到更高、更新的水平，超导材料的出现为微波技术的发展带来新的推动力。 随着移动通信、电子对抗和导航技术的飞速发展，对新的微波元器件的需求和 现有器件性能的改善提出了更高的要求。微波光子技术将微波学和光学融合在一起，成为一个全新的
，通常称为Microwave Photonics(简称MWP)。光子技术和微波、毫米波的集成在远 程通信的发展上打开了一个神奇的、充满希望的领域。光技术和电波技术相融 合，利用光纤具有的低损耗、大容量、无感应、重量轻、易于搬运等特点，在 传统的微波技术中引入光技术，可组成信息社会的基础网络，达到个别技术不 断发展也无法实现的通信系统高功能化和高度化。最近十年，微波光子学引起 了世界各国的重视，现在专门的微波光子国际会议每年在北美、欧洲、亚太地 区轮流召开。事实上，由于在微波/毫米波光纤系统中潜在的应用价值，光域上的微波 信号处理技术己经引起了众多研究者的兴趣，成为近年来一个国际上的研究热 点。比起传统的电子微波滤波器，微波光子滤波器有着电磁环境兼容性好、体 积小、重量轻和工作带宽较宽等优点。光纤光栅具有良好的波长选择性能和滤 波特性，能以灵巧的方式构建微波光子滤波器，因此近年提出了许多基于光纤 光栅的微波光子滤波器结构，如不平衡马赫曾德干涉仪结构、基于宽带光源和 光纤光栅阵列的结构、采用超结构光栅和宽带光源的结构、采用光纤光栅对的 结构、基于可调谐激光器和光纤光栅的结构以及应用计算机控制差分延迟线的 可调滤波结构等，但是存在的主要问题是成本较高，结构复杂，可调谐性较差。在期刊《光电子*激光》2006年1月出版，第17巻1期中的"基于光纤环 的可调谐微波光子滤波器"中，提出了一种微波光子滤波器结构，激光器的输 出端接调制器的一个输入端，射频信号发生器的输出端接调制器的另一个输入 端；调制器的输出端接光纤耦合器的一个输入端，光纤耦合器的另一个输入端 与光纤环形器的第一端口相连，光纤环形器的第二端口与光纤耦合器的一个输 出端相连，光纤环形器第三端口连接N个串联的光纤光栅；光纤耦合器的另一 个输出端与光电检测器的输入端连接；该结构的微波光子滤波器充分利用光纤光栅的波长选择特性，其自由频程可通过改变输入光载波的波长而实现连续调谐，具有陡峭的带外衰减，平坦的带内幅频特性和相位特性；但该结构的滤波器最大的缺陷在于品质因数比较低，使得滤波器性能差。总之，微波滤波器在通信系统中占有十分重要的地位，是一种关键的射频 器件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提高微波光子滤波器的品质因数，改善滤波 器性能，提供一种基于啁啾光纤光栅和有源光纤的微波光子滤波器。本专利技术的技术方案基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器，构成该滤波器的器件 之间的连接为激光器的输出端接调制器的一个输入端，射频信号发生器的输出 端接调制器的另一个输入端；调制器的输出端接光纤耦合器的一个输入端，光纤 耦合器的另一个输入端接光纤环形器的第一端口，光纤环形器的第二端口与掺杂 有源光纤的一端相连，光纤环行器的第三端口串联N个啁啾光纤光栅，掺杂有 源光纤的另一端与波分复用器的输出端相连，波分复用器的一个输入端接泵浦 源，波分复用器的另一个输入端与光纤耦合器的一个输出端相连，光纤耦合器的 另一个输出端与光电检测器的输入端连接。掺杂有源光纤为惨铒、掺镱、掺钬、镱铒共掺、掺钍、掺镨或掺钕有源光纤。光纤耦合器分光比为任意的。泵浦源的泵浦方式为同向泵浦、后向泵浦或双向泵浦。掺杂有源光纤的长度^0.5米。本专利技术的有益效果具体如下本专利技术所述的基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器，充分利用啁啾光纤光栅的波长选择特性，在光纤环行器与光纤耦合器中加入掺杂有 源光纤，大幅度提高了微波光子滤波器的品质因数，改善了微波光子滤波器的 性能，其自由频程可通过改变输入光载波的波长而实现连续调谐，该高性能的 微波光子滤波器与低噪声前置放大器、小型制冷机和电子控制系统可组成滤波 器系统代替现有移动通信基站中由普通金属滤波器组成的常规滤波器系统，能 够较大幅度地提高通话质量，增加通话容量，扩大基站的覆盖面积，增强基站 的抗干扰能力，降低手机发射功率，具有诱人的发展前景。 附图说明图l为基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器啁啾光纤光栅个数为N的结构示意图。图2为基于啁啾光纤光栅和惨杂有源光纤的微波光子滤波器啁啾光纤光栅 个数为2的结构示意图。图3为基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器啁啾光纤光栅 个数为6的结构示意图。图4为基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器啁啾光纤光栅 个数为10的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图对基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器作进 一步描述。 实施例一如图2，基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器，其构成的器 件之间的连接-选择啁啾光纤光栅的个数N为2。选择掺杂有源光纤60为掺铒光纤，长度为1米。 选择泵浦光80的泵浦方式为同向泵浦。 选择光纤耦合器40的分光比为50: 50激光器10的输出端接调制器30的一个输入端，射频信号发生器20的输出 端接调制器30的另一个输入端；调制器30的输出端接分光比为50: 50的光纤 耦合器40的一个输入端，光纤耦合器40的另一个输入端接光纤环形器50的第 一端口 1 ，光纤环形器50的第二端口 2与长度为1米的掺铒光纤60的一端相连， 光纤环形器50的第三端口 3串联2个啁啾光纤光栅91， 92，掺铒光纤60的另 一端与波分复用器70的输出端相连，波分复用器70的一个输入端接泵浦源80， 泵浦源80通过波分复用器70对掺铒光纤60进行同向泵浦产生增益，波分复用 器70的另一个输入端与光纤耦合器40的一个输出端相连，光纤耦合器40的另 一个输出端与光电检测器100的输入端连接。射频信号发生器20发射的射频信号与激光器10发出的光信号在调制器30 中进行调制，之后调制器30输出的光信号射入光纤耦合器40中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于啁啾光纤光栅和掺杂有源光纤的微波光子滤波器，构成该滤波器的器件之间的连接为：激光器（１０）的输出端接调制器（３０）的一个输入端，射频信号发生器（２０）的输出端接调制器（３０）的另一个输入端；调制器（３０）的输出端接光纤耦合器（４０）的一个输入端，光纤耦合器（４０）的另一个输入端与光纤环形器（５０）的第一端口（１）相连，光纤环形器（５０）的第二端口（２）与光纤耦合器（４０）的一个输出端相连，光纤环形器（５０）第三端口（３）连接Ｎ个串联的光纤光栅（９１～９Ｎ）；光纤耦合器（４０）的另一个输出端与光电检测器（１００）的输入端连接；　其特征在于，光纤环形器（５０）的第二端口（２）与掺杂有源光纤（６０）的一端相连，掺杂有源光纤（６０）的另一端与波分复用器（７０）输出端相连；波分复用器（７０）一个输入端与泵浦源（８０）相连，波分复用器（７０）另一个输入端与光纤耦合器（４０）的另一个输出端相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：裴丽，祁春慧，吴树强，郭兰，赵瑞峰，阮乂，卓安生，刘俊杰，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]