基于寬譜光源的可調(diào)多通帶微波光子學濾波器研究

魏賢虎，盧林林

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司，南京210019）

基于寬譜光源的可調(diào)多通帶微波光子學濾波器研究

魏賢虎，盧林林

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司，南京210019）

從現(xiàn)有微波光子濾波器著手，提出一種新的獨立可調(diào)多通帶微波光子學濾波器，驗證了獨立可調(diào)雙通帶微波光子學濾波器的可行性，實驗結(jié)果與理論分析結(jié)果相符。

寬譜光源；微波光子；濾波器

0 引言

由于光學器件有克服電子學瓶頸的諸多優(yōu)勢，例如大的時間帶寬積、優(yōu)異的可調(diào)性和重構(gòu)性、抗電磁干擾能力等，微波光子學濾波器在射頻信號的光處理領(lǐng)域得到了廣泛的研究。微波光子學濾波器通常由基于光延時線的無限脈沖響應或有限脈沖響應結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。在頻域中，這些微波光子學濾波器的通帶呈周期性，無法進行獨立的調(diào)諧和重構(gòu)。因此，多頻帶的微波系統(tǒng)需要多通帶濾波器。文獻 [1,2]實現(xiàn)了多通帶電濾波器，文獻[3～5]是最近提出的多通帶微波光子學濾波器的方案。在文獻[3～5]中，基于寬譜光源和兩級高雙折射光纖環(huán)形鏡實現(xiàn)了通帶可選的多通帶的微波光子學濾波器。然而，這種方法產(chǎn)生的通帶不能單獨調(diào)諧，并且可調(diào)性能賴以實現(xiàn)的可調(diào)微分群延時線也使整個系統(tǒng)操作起來十分復雜。本文提出了一種新的獨立可調(diào)多通帶微波光子學濾波器。

1 微波光子學濾波器原理

如圖1所示是本文提出的微波光子學濾波器原理圖。摻鉺光纖放大器產(chǎn)生的放大自發(fā)輻射被用作寬譜光源，寬譜光源接光濾波器后獲得所需光譜形狀的寬譜光。微波光子學濾波器工作原理如下：首先，用1× N耦合器將寬譜光分成多路，其中一路接入與偏振控制器相連的相位調(diào)制器，剩余各路分別與可調(diào)光延時線相連再經(jīng)可調(diào)光衰減器調(diào)諧光功率；然后，用另一個1×N耦合器將各個支路的光合并后送入色散補償光纖，再由摻鉺光纖放大器放大后在光電探測中進行光電轉(zhuǎn)換；最后，將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生的射頻信號加載到相位調(diào)制器上，并將光電探測器的輸出端反饋到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，由此可以測量微波光子學濾波器的頻率響應。本文僅演示了雙通帶微波光子學濾波器，演示結(jié)果表明增加光延時線即可獲得更多通帶的微波光子學濾波器。

圖1 獨立可調(diào)多通帶MPF原理圖

2 實驗結(jié)果

實驗裝置如圖1所示，由2個1×3耦合器、1個帶寬為40GHz的相位調(diào)制器、1根調(diào)諧范圍在0～600ps間的光延時線、1段色散值為-989ps/nm的色散補償光纖和帶寬50GHz的光電探測器組成。圖2是經(jīng)過光子學濾波器后的自發(fā)輻射譜，其在1551.25nm處的3dB帶寬為3.6nm。調(diào)節(jié)兩個延時線的延時，我們得到中心頻率在8GHz和14GHz的兩個通帶，如圖3所示。

圖2 經(jīng)過OF后的BOS光譜

圖3 兩個通帶的頻響

圖4 為兩個通帶歸一化后的細節(jié)圖和模擬結(jié)果，可以看出實驗結(jié)果與理論值能夠很好地符合。如果光子學濾波器為高斯型，則可獲得更好的帶外抑制比。

圖4 8GHz和14GHz處帶通響應的測量值和模擬值

為了驗證雙通帶的獨立調(diào)諧性，我們首先將通帶I的中心頻率固定在1GHz處，從4GHz到30GHz逐漸調(diào)諧通帶II的中心頻率，如圖5所示。然后將通帶II的中心頻率固定在1GHz處，從4GHz到30GHz調(diào)諧通帶I的中心頻率，如圖6所示。調(diào)諧過程中，兩個通帶的3dB帶寬保持在250MHz左右，通帶I、通帶II幅度分別下降4.467dB和4.71dB。通帶幅度的降低是由色散補償光纖的色散斜率引起，可用Waveshaper[6]或啁啾光纖光柵[7，8]進行補償，也可用低色散線性啁啾光纖光柵替代色散補償光纖來避免[6～10]。

圖5 固定通帶I，調(diào)諧通帶II

圖6 固定通帶II，調(diào)諧通帶I

3 結(jié)束語

目前針對微波光子學濾波器的研究越來越多，但各方案通帶的可調(diào)范圍有限，通帶數(shù)量也不可擴展，還存在許多不足之處，該領(lǐng)域仍存在很大的發(fā)展空間。

[1]LEE J,UHM M S,YOM I B.A dual-passband filter of canonical structure for satellite applications[J].IEEE Microw.Wireless Compon.Lett., 2004,14(6):271-273.

[2]CHEN C H,HUANG C H,HORNG T S.Highly miniaturized multiband bandpass filter design based on a stacked spiral resonator structure[J].IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,2012,60(5):1278-1286.

[3]JIANG Y,SHUM P P,ZU P.A Selectable Multiband Bandpass Microwave Photonic Filter[J].IEEE Photon.J.2013,5(3):550-509.

[4]HAO C,XU Z,FU H.Switchable and tunable microwave frequency multiplication based on a dual-passband microwave photonic filter[J].Opt. Express,2015,23(8):9835-9843.

[5]GAO L,ZHANG J,CHEN X.Microwave Photonic Filter With Two Independently Tunable Passbands Using a Phase Modulator and an Equivalent Phase-Shifted Fiber Bragg Grating[J].IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,2014,62(2):380-387.

[6]DUAN G H,GEORGIEV E.Non-white photodetection noise at the output of an optical amplifier:theory and experiment[J]IEEE J.Quantum Electron.,2001,37(8):1008-1014.

[7]XUE X,ZHENG X,ZHANG H.Analysis and compensation of third-order dispersion induced RF distortions in highly reconfigurable microwave photonic filters[J].J.Lightw.Technol.,2013,31(13):2263-2270.

[8]LI L,YI X,MINASIAN R A.Shifted dispersion-induced radio-frequency fading in microwave photonic filters using a dual-input Mach-Zehnder electro-optic modulator[J].Opt.Lett.,2013,38(7):1164-1166.

[9]XUE X,ZHENG X,ZHANG H.Widely tunable single-bandpass microwave photonic filter employing a non-sliced broadband optical source [J].Opt.Express,2011,19(19):18424-18429.

[10]PERAITA G,TORREGROSA A J,MAESTRE H.Broadband Linearization of Dispersive Delay Line Using a Chirped Fiber Bragg Grating [J].IEEE Photon.Technol.Lett.,2015,27(10):1041-1135.

Research on microwave photonic filter with multiple passbands based on a broadband optical source

WEI Xian-hu,LU Lin-lin
(Jiangsu Posts&Telecommunications Planning and Designing Institute Co.Ltd.,Nanjing 210019,China)

Based on the existing microwave photonic filter,a novel microwave photonic filter(MPF)with multiple independently tunable passbands is proposed.An MPF with two independently tunable passbands is experimentally demonstrated and the results agree well with the theoretical analysis.

broadband optical source,microwave photonics,filter

TN915.62

A

1002-5561（2016）03-0046-02

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.03.014

2015-11-24。

魏賢虎（1975-），男，碩士，高級工程師，主要研究方向為微波光子學及其在光通信系統(tǒng)中的應用。