基于交叉偏振调制的微波光子滤波器

摘要

本发明公开了一种基于交叉偏振调制的微波光子滤波器，包括输入模块、上支路模块、下支路模块和输出模块。其中上支路模块和下支路模块是由强度调制器的微波信号对光载波进行强度调制后产生的，分别进行光域处理，处理后的上支路模块的光信号和下支路模块的微波信号合束后输入到输出模块。本发明中的微波光子滤波器调谐速度快、高带宽、低损耗、抗电磁干扰能力强等优点，同时又具备可调谐及可重构等灵活的操作特性。

说明书

技术领域

本发明涉及微波光子学领域，更具体地说是一种基于交叉偏振调制的微波光子滤波器。

背景技术

微波光子滤波器具有低损耗、高带宽、抗电磁干扰等优点，同时又具备可调谐及可重构等灵活的操作特性，因而能取代传统的电滤波器，在光载无线、微波信号产生以及高频微波信号处理方面有巨大的优势。提高微波光子滤波器的调谐速度具有重大意义。然而微波光子滤波器的调谐速度往往受限于微波光子系统中电光调制器等器件的带宽，如何突破这一限制是一大难题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是微波光子滤波器的调谐速度受限于微波光子系统中电光调制器等器件的带宽问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于交叉偏振调制的微波光子滤波器，包括输入模块、上支路模块、下支路模块和输出模块，其中：

所述输入模块用于产生光信号并将光信号发送到上支路模块和下支路模块，所述光信号是将微波信号调制到光载波上产生的；

所述上支路模块用于对所述光信号进行时间延迟后发送到输出模块；

所述下支路模块用于产生脉冲信号并将其和所述光信号合束后进行交叉偏振调制得到的微波信号发送到输出模块；

所述输出模块用于将上支路模块产生的光信号和下支路模块产生的微波信号发生干涉并输出。

作为本发明的一种优选方式，所述输入模块包括第一激光源、微光源、强度调制器和第一光耦合器；

所述强度调制器将微波源输入的微波信号调制到第一激光源输入的光载波上，并将已调信号输出到第一光耦合器；所述的第一光耦合器将光信号发送到上支路模块和下支路模块。

作为本发明的一种优选方式，所述上支路模块包括可调光延迟线和可调光衰减器；

所述可调光延迟线用于增加或减少光传输的距离，达到时间上延迟的目的；所述可调光衰减器用于控制激光的功率。

作为本发明的一种优选方式，所述可调光延迟线的延迟时间T满足：F＝1/T，F是自由光谱范围。

作为本发明的一种优选方式，所述下支路模块包括脉冲激光源、第二光耦合器、第一偏振控制器、第二激光源、第二偏振控制器、第三光耦合器、高非线性光纤；

所述第二光耦合器用于将第一光耦合器输出的光信号和脉冲激光源输出的激光脉冲合束，作为控制光诱导高非线性光纤产生克尔效应；

所述第三光耦合器用于将第一偏振控制器输出的控制光和第二偏振控制器输出的探测光合束后输出到高非线性光纤；

所述下支路模块利用高非线性光纤中的交叉偏振调制效应对微波信号进行二进制相位编码；

所述第二激光源产生的探测光为线偏振光，其光的波长和上支路模块的不相同，调节第二偏振控制器控制探测光的偏振态，使其与高非线性光纤的慢轴成45度角，其在高非线性光纤的快轴和慢轴两个方向上产生非对称的相位调制；

作为本发明的一种优选方式，所述下支路模块还包括第三偏振控制器；

所述第三偏振控制器，用于控制所述高非线性光纤输出激光的偏振态。

作为本发明的一种优选方式，所述下支路模块还包括起偏器；

所述起偏器的起偏方向与高非线性光纤的慢轴成45度角，高非线性光纤输出的偏振调制的探测光信号被投影到起偏器的起偏方向上，被转换为强度调制信号。

作为本发明的一种优选方式，所述下支路模块还包括光带通滤波器；

所述光带通滤波器的通带内是探测光，通带外是控制光，在高非线性光纤输出的激光中，被偏振调制的探测光信号被保留，而控制光被滤除。

作为本发明的一种优选方式，所述上支路模块的光信号和下支路模块的微波信号分别进行光域处理。

作为本发明的一种优选方式，所述输出模块包括第四光耦合器和光电探测器；

所述第四光耦合器把上支路模块的光信号和下支路模块的微波信号合束后输入到光电探测器；

所述光电探测器用于将合束得到的微波信号在光电探测器里发生干涉后输出。

(三)有益效果

本发明的基于交叉偏振调制的微波光子滤波器，利用高非线性光纤的交叉偏振调制效应，替代电光调制器，其带宽远远超过电光调制器，突破了电光调制器的电子瓶颈，可对光信号进行超高速调制。利用这一优点，本发明可实现对微波光子滤波器中心波长的超高速调谐。

附图说明

图1是本发明基于交叉偏振调制的微波光子滤波器的模块示意图。

图2是本发明基于交叉偏振调制的微波光子滤波器的结构示意图。

图3是本发明基于交叉偏振调制的微波光子滤波器中心波长调谐原理示意图。

具体实施方式

本发明针对上述情况，提供了一种基于交叉偏振调制的微波光子滤波器，包括输入模块、上支路模块、下支路模块和输出模块，输入模块用于产生光信号并将光信号发送到上支路模块和下支路模块，所述光信号是将微波信号调制到光载波上产生的；上支路模块用于对所述光信号进行时间延迟后发送到输出模块；下支路模块用于产生脉冲信号并将其和所述光信号合束后进行交叉偏振调制得到的微波信号发送到输出模块；输出模块用于将上支路模块产生的光信号和下支路模块产生的微波信号发生干涉并输出。

本发明通过调节上支路模块的可调谐光延迟线可以改变微波光子滤波器的自由光谱范围，调节可调光衰减器可以调节上支路模块的激光功率。下支路模块利用高非线性光纤的交叉偏振调制对微波信号进行相位编码，从而能够解决微波光子滤波器调谐速度的问题。

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明基于交叉偏振调制的微波光子滤波器的模块示意图。如图1所示，基于交叉偏振调制的微波光子滤波器是由四个模块构成，分别为输入模块、上支路模块、下支路模块和输出模块。输入模块产生光信号并将光信号发送到上支路模块和下支路模块，光信号是将微波信号调制到光载波上产生的。上支路模块对所述光信号进行时间延迟后发送到输出模块。下支路模块产生脉冲信号并将其和所述光信号合束后进行交叉偏振调制得到的微波信号发送到输出模块。输出模块将上支路模块产生的光信号和下支路模块产生的微波信号发生干涉并输出。

图2是本发明基于交叉偏振调制的微波光子滤波器的结构示意图。如图2所示，所述输入模块包括第一激光源1、微波源2、强度调制器3和第一光耦合器4。

第一激光源1产生激光，并输出到强度调制器3的光输入端门；

微波源2产生微波信号，并输出到强度调制器3的射频输入端口；

强度调制器3将微波源2输入的微波信号调制到第一激光源1输入的光载波上，并将已调信号输出到第一光耦合器4；

第一光耦合器4将强度调制器3输出的光信号发送到上支路模块和下支路模块。上支路模块输出到可调光延迟线6，下支路模块输出到第二光耦合器8。

所述上支路模块包括可调光延迟线6和可调光衰减器7；

可调光延迟线6用于增加或减少光传输的距离，以达到时间上延迟的目的；

可调光衰减器7用于控制上支路模块的激光功率。

所述下支路模块包括脉冲激光源5、第二光耦合器8、第一偏振控制器9、第二激光源10、第二偏振控制器11、第三光耦合器12、高非线性光纤13、第三偏振控制器14、起偏器15和光带通滤波器16；

第二光耦合器8用于将第一光耦合器4输出的光信号和脉冲激光源5输出的激光脉冲合束，作为控制光诱导高非线性光纤13产生克尔效应；

第一偏振控制器9控制第二光耦合器8输出的激光的偏振态，并将其输出到第三光耦合器12；

第二激光源10用于输出连续波探测光；

第二偏振控制器11控制第二激光源10输出的探测光的偏振态；

第三光耦合器12将第一偏振控制器9输出的控制光和第二偏振控制器11输出的探测光合束并输出到高非线性光纤13；

高非线性光纤13用于在控制光的作用下产生克尔效应，以对探测光进行交叉偏振调制；

第三偏振控制器14控制高非线性光纤13输出的激光的偏振态；

起偏器15，其起偏方向与高非线性光纤13的慢轴成45度角，将输入激光转换为线偏振光并输出到光带通滤波器16；

光带通滤波器16用于滤除高非线性光纤13输出的激光中的控制光，保留探测光并输出到第四光耦合器17。

所述输出模块包括第四光耦合器17和光电探测器18；

第四光耦合器17将上支路模块的光信号和下支路模块的微波信号合束后并输出到光电探测器18；

光电探测器18用于对输入信号进行光电转换，生成两个微波信号，两微波信号干涉后从光电探测器18的射频输出端门输出。

图3是本发明基于交叉偏振调制的微波光子滤波器中心波长调谐原理示意图。图1中上支路模块和下支路模块的信号由于延时不同在输出模块中发生干涉，因此所述微波光子滤波器的传输响应为周期性的带通滤波器形状，其周期即为自由光谱范围F。调节图2中上支路模块的可调光延迟线6，自由光谱范围F发生改变(F＝1/T)；调节图2中上支路模块的可调光衰减器7，传输响应在带阻位置的深度发生改变。当激光脉冲从1跳变为0时，下支路的微波信号相位发生pi相移，所述微波光子滤波器的传输响应发生相应变化，中心波长发生如图3所示的波动，波动范围为自由光谱范围F的一半。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。