基于色散光纤的带通微波光子滤波器的理论分析和实验研究

摘要

微波光子滤波器是指能在光域上实现对微波信号处理的滤波器，具有抗电磁干扰、损耗小、通信带宽大、易重构等优点。本文在传统的光纤延迟线型微波光子滤波器的理论基础上，分别利用相位调制(Phase Modulator,PM)技术和受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering，SBS)技术构建了具有负系数和复系数特性的带通微波光子滤波器。此外，利用切趾滤波技术对滤波器的抽头功率进行重构，达到了提高滤波器的频率选择性的目的;利用光学器件级联获得了级联型带通微波光子滤波器，改善了滤波器的品质因数Q和主旁瓣抑制比(mainlobe-to-sideloberatio，MSSR)。
　　 本文的主要研究内容如下:
　　 第一、阐述了带通微波光子滤波器的工作原理。重点对本文构建的负抽头系数和复抽头系数的带通微波光子滤波器的数学模型进行了详细的理论分析，为下文滤波器的具体设计奠定了理论基础。
　　 第二、构建并实验实现了基于Sagnac干涉仪和PM技术的负系数带通微波光子滤波器。利用Sagnac干涉仪对多波长光源进行光谱切趾，重构滤波器的抽头权重，提高了滤波器的主旁瓣抑制比;通过相关实验分析验证了滤波器的调谐性。通过对比实验，研究了加入Sagnac十涉仪对多波长光源进行切趾整形前后所构建的带通微波光子滤波器其主旁瓣抑制比的变化;根据实验数据可知，Sagnac干涉仪能较好的实现对多波长光载波的切趾整形，达到了改善滤波器性能的目的。
　　 第三、提出了基于Lyot-Sagnac滤波器和光学器件级联的负系数带通微波光子滤波器的结构模型。通过Lyot-Sagnac滤波器切割宽带光源实验，获得了一个波长间隔易控制、易调谐的多波长光源，并结合PM技术和色散光纤构建了带通微波光子滤波器。同时，根据系统级联特性，将一个光纤环形谐振器与色散光纤级联，构建了级联型带通微波光子滤波器，并探讨了光纤环形谐振器对滤波器滤波性能的影响。理论分析结果表明:减小光纤环形谐振器中耦合器的耦合比或者增大谐振器中光纤环的长度，可以有效的提高微波光子滤波器的主旁瓣抑制比MSSR和品质因数Q。
　　 第四、提出了基于SBS效应的复系数带通微波光子滤波器。将非线性特性中的SBS效应引入滤波器的结构设计中，得到了复系数带通微波光子滤波器。分析结果表明:通过改变由SBS效应引入的相移量(φ)的大小，可实现滤波器的中心频率的调谐;通过减小多波长光载波的波长间隔Δ(λ)或者扩展宽带光源的工作带宽ωBos，可提高滤波器的品质因数Q。此外，通过加入Sagnac干涉仪对多波长光源进行切趾重构，进一步提高了滤波器的主旁瓣抑制比。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 微波光子学

1．2 微波光子学滤波器

1．2．1 微波光子学滤波器概述

1．2．2 微波光子学滤波器的工作原理

1．2．3 微波光子学滤波器的分类

1．3 微波光子学滤波器的研究现状及应用

1．4 本课题的主要研究内容及本文各章节工作安排

1．4．1 本课题的主要研究内容

1．4．2 本文各章节安排

1．5 本文主要创新点

第二章 基于色散光纤的带通微波光子滤波器的数学分析

2．1 色散光纤延迟线型微波光子滤波器的数学分析

2．2 基于相位调制的负系数带通微波光子滤波器的数学分析

2．2．1 LiNbO3电光相位调制器

2．2．2 基于相位调制器的负系数带通微波光子滤波器的数学分析

2．3 基于SBS的复系数带通微波光子滤波器的数学分析

2．3．1 SBS效应

2．3．2 基于SBS的复系数微波光子滤波器的数学分析

2．4 影响微波光子滤波器性能的主要参数

2．5 本章小结

第三章 基于Sagnac干涉仪及PM的负系数带通微波光子滤波器的设计和实验研究

3．1 结构模型及实验装置

3．2 MZI切割宽带光源的实现

3．2．1 工作原理

3．2．2 多波长光源的实现

3．3 Sagnac干涉仪

3．3．1 工作原理

3．3．2 多波长光源光谱整形的实现

3．4 带通微波光子滤波器的实现及滤波性能分析

3．4．1 负系数带通微波光子滤波器的调谐性

3．4．2 负系数带通微波光子滤波器的MSSR

3．5 本章小结

第四章 基于Lyot-Sagnac滤波器和光学器件级联的负系数带通微波光子滤波器的设计与实现

4．1 Lyot-Sagnac滤波器的工作原理

4．2 基于Lyot-Sagnac滤波器的可调谐多波长光源的实现

4．3 基于Lyot-Sagnac滤波器和光学器件级联的带通微波光子滤波器的结构模型

4．4 级联型带通微波光子滤波器的性能分析

4．4．1 调谐性

4．4．2 MSSR和Q值

4．5 本章小结

第五章 基于SBS的复系数带通微波光子滤波器的设计与性能分析

5．1 基于SBS的复系数带通微波光子滤波器的结构模型

5．2 复系数微波光子滤波器的调谐性

5．3 复系数微波光子滤波器的频率选择性

5．3．1 波长间隔△λ与Q值间的关系

5．3．2 宽带光源的工作带宽ωBOS与Q值的关系

5．4 复系数微波光子滤波器的MSSR

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢