[发明专利]基于单波长和多模光纤延迟线模块的微波光子横向滤波器

说明书

本发明提供了一种基于单波长和多模光纤延迟线模块的微波光子横向滤波器，属于微波光子学领域。该滤波器的核心部分是基于单光学波长和单根多模光纤的光延迟线模块，其结合了相干体制和非相干体制的技术优势。该光延迟线模块采用相干体制中的单光学波长和非相干体制中的多模光纤构建而成，单光学波长降低了成本并简化了系统，多模光纤不仅提供了模式色散产生了模式之间的时延，而且其提供的空间波分复用延迟线结构排除了光学相干现象，具有高分辨率和灵活的频率响应。依托于机械狭缝可以调节入射多模光纤的光束入射角，实现滤波器抽头的可调谐特性。通过滤波器的滤波实验显示，本发明限波抑制比达到30dB以上，且稳定性良好。

技术领域

本发明涉及微波光子滤波器技术领域，具体涉及一种基于单波长和多模光纤延迟线模块的微波光子横向滤波器。

背景技术

微波光子学将微波学与光子学相结合，并因此集成了微波学与光子学的优点，在射频波和光纤之间透明转换，微波提供了低成本可移动无线连接方式，而光纤提供了低损宽带连接，且不受电磁的干扰。

微波光子滤波器是一个利用光学方法处理微波信号并实现滤波功能的光学子系统。作为微波光子学中的一项关键技术，微波光子滤波器主要用于代替传统的方法来处理射频信号，即利用射频信号直接调制光载波，并在光域内直接进行处理，具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰、可调谐性和灵活可重构等特点。近年来，随着人们对宽带通信容量不断增长的需求，微波光子滤波器逐渐成为国内外学者研究的热点，并且在光载无线通信系统、雷达导航、电子对抗和深空探测等领域以及光子束控制阵列天线和通信信号处理中有着重要的应用。

微波光子滤波器分为非相干和相干两类。其中非相干体制基于时延线结构,采用离散数字化滤波器技术，多个抽头由频谱切割宽谱光源或激光器阵列等方式获得,相邻抽头间时延由调制信号经过不同长度线性色散介质获得，滤波器性能稳定，对环境变化不敏感，频谱响应呈多通带；相干体制使用单光源、基于相位调制到强度调制(PM-IM)转换技术实现，本质属于频谱映射，频谱仪响应呈单通带，即光滤波器向微波滤波器映射，微波滤波器性质完全取决于光滤波器，故研制高性能光滤波器至关重要。

光学延迟线模块是微波光子横向滤波器的关键部分，其中两抽头的光学延迟线模块最为简单。由于光学干涉对环境变化非常敏感，为了避免光学干涉效应，现有绝大多数微波光子滤波器均采用基于有限脉冲响应(FIR-finite-impulseresponse)非相干延迟线结构体制。通常用包含多个光学波长的激光阵列提供多个滤波器抽头，滤波器抽头之间的时延可由不同波长之间的模式色散获得，避免了对光信号偏振不稳定性问题的考虑。然而，这种经典设计的缺点是高成本和高复杂性，只能实现有限的滤波功能，限制了滤波器的特性和应用范围。低成本解决方案往往用单个宽带非相干光源基于光谱切片来实现多波长之间的模式色散进而获得不同模式之间的时延，但是，由于引用了类噪音光源，该解决方案的代价是信噪比很低。

另一方面，光子滤波器还可以用相干体制来实现。应用单波长光源的优点是降低了成本，并同时简化了结构。然而，由于微波滤波器响应直接决定于包含的光学滤波器和光谱滤波器响应，兼之亚GHz分辨率的光谱滤波器响应的操作是很具有挑战性的，因此，相干微波光子滤波器仍然受限于有限的频率分辨率和低稳定性。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供基于单波长和多模光纤延迟线模块的微波光子横向滤波器，以解决常规微波光子滤波器分辨率较低、稳定性较差的技术问题。

本发明要解决的另一技术问题是如何改善微波光子滤波器的滤波性能并实现可调谐性。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：