基于受激布里渊散射效应的高性能单通带微波光子滤波器的研究

发布时间：2017-09-30 13:15

  本文关键词：基于受激布里渊散射效应的高性能单通带微波光子滤波器的研究

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【摘要】：微波光子滤波器具有与电学滤波器相同的功能，即对有用信号进行选择、对噪声和干扰信号进行抑制，，与电学滤波器相比微波光子滤波器不仅可以克服电子瓶颈的限制，而且可以很好的弥补电学滤波器存在的不足。在光域进行微波信号处理具有诸多的优点如：工作频率高、瞬时带宽大、损耗低、抗电磁干扰能力强，以及传统电学方法很难实现的调谐性能和重构能力。滤波器作为通信系统中重要的功能单元，其性能的优劣决定了整个通信系统的质量，因此设计高性能的微波光子滤波器非常必要，并且这种滤波器系统将在民用、军事和国防应用中发挥重要作用。本论文利用相位调制与受激布里渊散射效应相结合研制稳定性高、调谐范围大、选择性好、可重构能力强的高性能的单通带微波光子滤波器系统。 基于受激布里渊散射效应与相位调制相结合，采用两个独立的可调谐激光器搭建了基本的微波光子滤波系统，利用矢量网络分析仪对该系统的测量得到滤波器可以在0.5GHz-18.4GHz范围内进行灵活的调谐。由于采用两个激光器分别作为泵浦光和斯托克斯光，这种结构的滤波器通带中心频率稳定性差，而且单通带响应滤波器可用的调谐范围被限定为2νB(νB为光纤的布里渊频移量)。 本文首次提出利用布里渊增益谱和损耗谱相互补偿的技术，同时采用多个泵浦光使得相邻两个泵浦光之间的频率间隔等于2νB，在这种情况下高频泵浦光产生的增益就会抵消低频泵浦光产生的损耗，从而使布里渊损耗产生的干扰通带远离增益产生的所需要的有用通带，以增大滤波器可用的调谐范围，通过理论计算得到了滤波器可用的调谐范围为2NνB(N为泵浦光的数量)。在实验中，搭建了采用两个可调谐激光器作为泵浦光的滤波器系统，通过精确的调节它们的输出频率进行增益和损耗谱相消，由于探测器的带宽为30GHz，因此在实验中测得单通带响应滤波器可用的频率调谐范围为0.5GHz-30GHz。如果所选用器件的带宽能满足要求，继续增加泵浦光的数量不仅可以实现微波信号滤波，还可以对毫米波范围内的信号进行滤波。 为了提高滤波器的选择性，本文提出采用两个损耗谱与一个增益谱相叠加的方法，通过合理的设定三个泵浦光之间的频率间隔，使得其中两个泵浦光产生的损耗谱对称的分布在另一个泵浦光产生的增益谱的两侧，因此在受激布里渊散射效应的作用过程中两个损耗谱就会对增益谱产生相减的处理，从而减小增益谱的线宽，最后通过频谱映射就可以得到带宽减小的滤波器通带。为了避免相减处理造成的通带峰值强度减小带来的系统信噪比下降的问题，设计利用提高增益谱的有效增益系数来解决这个问题。最终实现了滤波器带宽从10.98MHz减少到4MHz，从而使滤波器的选择性提高为原来的2倍。 为了增大滤波器的带宽，本文提出利用二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying:BPSK)调制技术对单色泵浦光信号的频谱进行展宽，频谱展宽的泵浦光就会产生线宽展宽的布里渊增益谱，通过频谱映射就得到了带宽增大的滤波器通带。利用该方法可以通过调整BPSK调制的脉冲速率来控制泵浦光的频带宽度，从而对滤波器带宽进行灵活的重构。理论计算表明，滤波器的带宽可以在几十MHz到几GHz范围内进行任意的调节。
【关键词】：微波光子学 微波滤波 受激布里渊散射效应 高品质因素 带宽重构
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN713
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 微波光子学的概述10-11
• 1.2 微波光子学的研究意义11-13
• 1.2.1 微波光子技术的优势11-13
• 1.2.2 微波光子技术的应用13
• 1.3 微波光子链路13-15
• 1.4 微波光子信号处理15-16
• 1.5 微波光子滤波器的研究进展16-24
• 1.6 本论文的设计思想及主要内容24-26
• 第二章 受激布里渊散射效应基础26-38
• 2.1 受激布里渊散射效应基本概念26-28
• 2.2 受激布里渊散射效应稳态方程数值解28-36
• 2.3 本章小结36-38
• 第三章 基于受激布里渊散射效应的微波光子滤波器38-52
• 3.1 相位调制基础38-41
• 3.2 利用相位调制实现滤波器的基本原理41-46
• 3.3 利用一个激光器提高滤波器频率稳定性46-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 宽频率调谐范围滤波器的研究52-70
• 4.1 频率稳定的泵浦光的产生52-60
• 4.1.1 MZM 调制基本原理52-55
• 4.1.2 DPMZM 调制基本原理55-60
• 4.2 宽频率调谐范围的滤波器设计60-64
• 4.3 宽频率调谐范围滤波器的实验测试64-65
• 4.4 增益与损耗补偿时产生的误差分析65-69
• 4.4.1 增益与损耗谱峰值频率不相等时的误差66-67
• 4.4.2 增益和损耗谱线宽不相等引起的误差分析67-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 高选择性滤波器的研究70-82
• 5.1 提高滤波器选择性的基本原理70-73
• 5.2 数值计算73-76
• 5.3 增大高选择性能滤波器的调谐范围76-78
• 5.4 布里渊增益损耗叠加处理的相移和群延时特性78-79
• 5.5 误差分析79-81
• 5.6 本章小结81-82
• 第六章 带宽可重构滤波器的研究82-94
• 6.1 利用多个增益谱叠加重构滤波器通带宽度82-84
• 6.2 脉冲调制技术基础84-87
• 6.3 利用 BPSK 调制技术重构滤波器通带宽度87-91
• 6.3.1 带宽重构系统及其传输函数87-90
• 6.3.2 数值计算与分析90-91
• 6.4 滤波器通带宽度重构实验91-93
• 6.5 本章小结93-94
• 第七章 总结94-97
• 参考文献97-108
• 攻读博士学位期间发表的论文108-109
• 致谢109

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 ZHANG YaMei;PAN ShiLong;;A tunable and dispersion-insensitive microwave photonic filter[J];Science China(Technological Sciences);2013年03期

2 David Marpaung;Blair Morrison;Mattia Pagani;Ravi Pant;Benjamin J.Eggleton;;Ultra-high suppression microwave photonic bandstop filters[J];Chinese Science Bulletin;2014年22期

3 刘香玲;韩濵;李建东;岳鹏;;双平行马赫-曾德尔调制器的单边带RoF系统[J];西安电子科技大学学报;2012年02期

本文编号：948387