新型多抽头复系数微波光子滤波器

发布时间：2020-03-20 05:30

【摘要】：微波光子学是微波学和光学两门学科相融合的产物,利用光学系统将微波毫米波信号在光域上进行处理和传输,而微波光子滤波器(MPF)是微波光子学研究领域中的热点之一。相对于传统的微波滤波器,MPF不仅具备良好的抗电磁干扰能力,而且还具备损耗低、在设计时灵活性强、不受电子瓶颈困扰等特性。由于传统的正系数MPF的滤波功能仅限于低通滤波,因此该滤波器在实际应用范围中存在很大的限制。为了满足科研和技术发展的需要,设计具有带通滤波功能的MPF成为科研人员和学者们的研究热点。合理的选择MPF的抽头光源能够有效提升滤波器的性能,通常用作MPF抽头光源的可以有光谱切割宽带光源、多个单波长激光器组成的激光器阵列和多波长光纤激光器(MWFL)。当滤波器的抽头光源选择为光谱切割宽带光源时,滤波器系统则会引入噪声从而影响到滤波器的各种性能;当抽头光源为独立激光器阵列时,滤波器系统不仅更加复杂而且会大幅增加系统成本;而抽头光源为MWFL时,不仅减少了系统引入的噪声,还提高了光源的质量,有效的降低了系统所需要投入的成本。本文采用基于高掺杂饵纤的MWFL作为MPF的抽头光源,利用石英光纤中的受激布里渊散射(SBS)效应引入一个相移量实现复系数,进而设计了一款具有带通滤波功能的多抽头复系数MPF。通过调节SBS泵浦光功率和频率失谐量从而实现对相移量的大小控制,进而使MPF中心频率能够实现连续可调谐。利用激光器输出的可调谐多波长激光信号作为抽头光源,研究了抽头光源和SBS增益介质对MPF响应特性的影响。主要内容如下:1.首先深入研究了石英光纤中SBS效应引入附加相移的机理,进而详细讨论了SBS泵浦光功率、频率失谐量等因素对相移量的影响。2.仿真分析了SBS增益介质长度、抽头光源的波长间隔以及抽头数目对MPF性能的影响,以期对基于SBS效应的复系数MPF进行整体优化设计。3.搭建了高掺杂掺饵光纤MWFL的实验平台,并优化了激光器的主要性能参数,通过实验获得了波长间隔大小为0.338nm,波长数目为16个的稳定多波长激光信号。4.以实验中得到的多波长激光信号作为抽头光源,利用SBS的相移效应设计了一款多抽头复系数MPF,仿真研究了抽头光源的波长间隔和波长数目,以及不同型号石英光纤对复系数MPF性能参数的影响。
【图文】：

示意图,正系数,负系数,抽头系数

逦信号逡逑光纤环逡逑图２－３丨ＩＲ－ＭＰＦ结构示意图逡逑１ＩＲ－ＭＰＦ即滤波器的抽头数目无限多，图２－３是一个典型的ＨＲ－ＭＰＦ结构逡逑示意图，该结构仍采用单个光源，该光源在滤波器系统中的光纤环中无限循环，逡逑每转一圈就形成一个滤波器抽头，该结构在理论上可行构成ＨＲ－ＭＰＦ。逡逑２．２．２正系数、负系数和复系数ＭＰＦ逡逑根据抽头系数的不同，ＭＰＦ可以分为正系数、负系数和复系数ＭＰＦ。山公逡逑式（２－９）可知，当抽头系数0（？）全为正数时，即可得到正系数ＭＲ：，以四gc头的逡逑ＭＰＦ为例，设定滤波器抽头系数为［１，丨N１］，从图２－４可以看出，该滤波器频率逡逑响应对应于一个低通滤波器

负系数,复系数,正系数,频率响应

逑头的＼＾？为例，设定滤波器抽头系数为［１，－１，１，－１］，根据公式（２－９）可得四抽头的逡逑负ＭＰＦ的传输函数（２－１０），其对应的频率响应如图２－５所示。逡逑ＨｉｆＲｆ）邋＝邋＼－ｅ－］１＾Ｔ邋＋邋ｅ￣ｊＡ＾ｒ邋－邋ｅ￣ｊｂ＾Ｔ逦（２－１０）逡逑负系数ＭＰＦ不存在正系数ＭＰＦ的仅能实现低通滤波的局限性，但是该滤波逡逑器可调谐性的实现的方法主要是改变相邻两路光信号间的基本延时单元；Ｔ。图逡逑２－５中虚线所示为滤波器中心频率调谐前ＭＰＦ的频率响应，此时滤波器的主旁瓣逡逑抑制比（ＭＳＳＲ）为５．６５ｄＢ，３ｄＢ带宽为２．５９ＧＨｚ，自由频谱范围（ＦＳＲ）为８．４１ＧＨｚ；逡逑图２－５中实线所示滤波器中心频率调谐后ＭＰＦ的频率响应，此时ＭＳＳＲ为逡逑５．６５ｄＢ，３ｄＢ带宽为２．０２ＧＨｚ，ＦＳＲ为６．５４ＧＨｚ？通过比较可知，滤波器在中心频逡逑率调谐的过程中，滤波器的ＭＳＳＲ并未发生变化，而ＦＳＲ和３ｄＢ带宽发生改变，逡逑导致滤波器频率响应特性产生变化。逡逑１邋：卜；／邋罐■逡逑Ｉ－１０邋丨丨逦：？逡逑；邋ｉ逦！逦ｊ邋ｉ逡逑－１５ｋ逦：邋Ｉ邋－邋Ｉ邋！＇逡逑！逡逑－２0逦：邋Ｉ逦Ｉ逡逑２５１逦ｉ逦ｉ逦ｉ邋ｉ逦ｉ逦？逦＞逦？逦ｔ逡逑０逦２逦４逦６逦８逦１０逦１２逦１４逦１６逦１８逦２０逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ／ＧＨｚ逡逑图２－５扣１头系数为［１，，－１，１，－１］的负系数１＾？频率响应图逡逑相较于正系数和负系数ＭＰＦ
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713

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