[发明专利]基于气体吸收和相位调制的微波光子滤波器

说明书

一种基于气体吸收和相位调制的微波光子滤波器，属于微波光子滤波领域。本发明针对现有微波光子滤波器没有利用气体吸收光谱技术，难以实现大范围可调的带宽的问题。它采用激光器提供光载波；采用偏振控制器调节光载波的偏振态，使光载波的偏振带与相位调制器匹配；采用相位调制器把接收到的待处理微波信号加载到光载波上，形成±1^st边带光信号输出；再将光信号放大；一号准直器将放大光信号由光纤环境耦合至自由空间，输入至气室；气室通过滤波气体滤除输入的放大光信号的一个边带；二号准直器将滤波后的放大光信号由自由空间耦合至光纤环境；光电探测器用于探测光纤环境内滤波后的放大光信号之间的拍频并输出。本发明可根据实际需求进行重构。

技术领域

本发明涉及基于气体吸收和相位调制的微波光子滤波器，属于微波光子滤波领域。

背景技术

微波光子学(Microwave Photonics,MWP)被定义为在微波频率下工作的光子器件并研究其在微波和光学系统中的应用。最初是利用微波光子技术的优势解决微波系统中遇到的问题，这些问题通常非常复杂，甚至不可能直接在射频域(Radio Frequency，RF)中解决。在之后的研究中，微波光子技术也成功地使用微波工程中使用的各种技术来改善光学通信网络和光学传感器的性能。微波光子学技术作为光学和微波之间的交叉学科，在过去几年中已被广泛研究并应用于无线通信、传感器网络、雷达、卫星通信、仪器仪表和战争装备。微波光子滤波器(Microwave Photonics Filter，MPF)作为微波光子技术的重要组成部分，因其能够克服微波系统中固有的瓶颈，在过去几年中得到了广泛的研究。与微波系统中的微波滤波器相比，微波光子滤波器具有许多优点，例如低损耗、大带宽、抗电磁干扰、可重配置性和可靠性。

微波光子滤波器因其优异的可重构性在现代通信技术和现代武器系统中得到了广泛的应用。微波光子带通滤波器(Microwave Photonics Bandpass Filter,MPBF)作为微波光子滤波器的一种，已应用在光纤通信系统作为一种信道选择手段，应用在数字卫星通信系统中提取特定波段的信号，并应用在目标识别雷达系统用于过滤杂波和噪声的干扰。近年来，基于光纤布拉格光栅、强度调制、相位调制、谐振腔、单边带调制、可调光学延时线等技术的微波光子带通滤波器得到了广泛的关注。

在微波光子滤波器领域，各式各样的微波光子滤波器为微波光子通信系统提供了多种多样的解决方案，极大地提升了通讯信号的质量和通讯网络的可靠性。气体吸收光谱技术传统上用于气体种类检测和分子结构分析，从未应用于构建微波光子滤波器。然而相比于传统的微波光子滤波器，基于气体吸收的微波光子滤波器提供了极宽的可调带宽，且提供了有竞争力的可调谐中心频率和带阻抑制比。基于气体吸收光谱技术的微波光子滤波器为微波光子滤波技术提供了一种新的可能，有望进一步提升微波光子通讯系统的通讯能力。

发明内容

针对现有微波光子滤波器没有利用气体吸收光谱技术，难以实现大范围可调的带宽的问题，本发明提供一种基于气体吸收和相位调制的微波光子滤波器。

本发明提出一种基于气体吸收和相位调制的微波光子滤波器，包括激光器、偏振控制器、相位调制器、掺铒光纤放大器、一号准直器、气室、二号准直器和光电探测器，

所述激光器用于提供光载波；

偏振控制器用于调节所述光载波的偏振态，使光载波的偏振带与相位调制器匹配，从而优化相位调制器的输出光信号；

相位调制器用于把接收到的待处理微波信号加载到光载波上，形成±1^st边带光信号输出；

掺铒光纤放大器用于将相位调制器输出的光信号进行放大获得放大光信号；

一号准直器用于将放大光信号由光纤环境耦合至自由空间，并输入至气室；

气室用于提供滤波气体，以滤除输入的放大光信号的一个边带；