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1、微波光子学滤波器理论分析姓 名：董永孟学 号：S130431005指导教师：王 巍简介微波光子滤波器是光子信号处理技术的重要内容。在 电域内处理信号受频带和采样频率的限制，处理速度和精 度都受到影响，称为电子“瓶颈”。微波光子滤波器提供了 一种解决传统“瓶颈”问题的新方法。输入的射频(RF)信号 通过调制器调制到光信号上，RF 信号的处理在光域进行， 最后通过光接收器输出滤波后的微波信号。采用这种方法 的优点是：低损耗、高带宽、不受电磁干扰、重量轻和支 持高采样频率，使用波分复用技术还提供了空间和波长并 行处理的可行性。 J. Capmany, Beatriz Ortega. A tutori
2、al on microwave photonic filters J. J. Lighwave Technol., 2006, 24(1): 201229微波光子学滤波器基本原理输入的微波信号Si(t)转换为光学系统的输入光场强度Ei(t)的过程是非线性的,因为式 ;同样,光学系统的输出光场强度Eo(t)转化为输出的微波信号so(t)的过程也是非线性的 ，其中10,则品质因数的 变化与抽头数量变化成正比, 抽头个数越多,品质因数越高。对于FIR结构 ,其长度有限,品质因数的增加依赖于分光束通道数量的增加,因此每增加 一定的抽头数量,就要增加一定的光学器件,结构比较复杂,成本比较高,并 不利于实
3、际的使用。2、可重构特性分析光纤光栅具有独特的滤波和反射特性,采用可调谐的激光器或者激光器阵 列作为光源,在光纤光栅的不同波长处反射,由于不同的反射点具有不同的反射 率,因此调制信号经过光纤光栅,既改变了延时线的长度,也加载了不同的抽头系 数,实现了滤波器的可调谐特性和可重构特性。 3、可调谐特性分析微波光子滤波器的自由频谱范围依赖于单位延时,因此改变滤波器的单位 延时,就可以实现滤波器的可调谐特性,该性能是微波光子滤波器相比于电滤波 器的最大优势之一,减少了系统的成本并降低了复杂度,更有利于实际的应用。微波光子学滤波器其中一个关键部件是延时器。进行实时调谐就是 要能实时改变自由谱宽万万尺,使
4、得其中一个通带(或阻带)的中心频 率对准待处理的微波信号。而改变自由谱宽FSR就意味着延迟时间T 能够调节和控制。当延时时间T能连续调节时,滤波器可实现连续调 谐。 下面对几种典型设计进行分析。延时T的实现与控制1、基于可调激光器和FBG阵列的可调谐滤波器缺点：不能连续调谐2、基于可调激光器和LCFBG对的连续调谐滤波器3、基于可调激光器阵列和LCFBG的连续调谐滤波器4、基于马赫一泽德干涉仪和标准光纤的连续调谐滤波器负抽头系数的实现为了得到负抽头系数,要利用反相位调制。实现反相位调制的方 法主要有以下几种:基于电光强度调制器的方法，基于交叉增益调 制的方法基于交叉强度调制的方法、基于相位调制
5、的方法和基于偏 振调制的方法等等。下面举几个例子予以说明1、基于差分探测的负系数滤波器缺陷：抽头是通过电子设备实现的，所以滤波性能受到电子 设备的性能和有源设备带来额外的噪声影响以及这种结构很 难重构，而且，器件价格也比较昂贵。2、基于SOA交叉增益调制效应的负系数滤波器SOA的交叉增益调制效应：SOA的XGM效应基于SOA增益饱和效应。由速率方 程可知,光信号在被放大的同时将引起SOA中载流子的消耗,因而会出现增益随 注入光功率增大而减小的现象,即增益饱和。出现增益饱和现象后,增益将会出 现与注入光信号相反的调制作用。（I表示泵浦电流, 为电流注入效率,e为电子电量,V为半导体材料有源区的体
6、 积, 模场限制因子, 光在有源区内的群速度, 为第i束光的光子密度非受 激辐射复合消耗载流子的速率为 。）缺点：这种结构比较 复杂，很难实现可重 构性能和多抽头结构 ，在光域里的相位反 转受到SOA 转换带宽 的 限制，另外存在的一 个问题就是SOA 对偏 振很敏感。3、基于马赫一泽德调制器的负数抽头的实现基于双马赫一泽德调制器的负系数滤波器不同载波波长对应的马赫一泽德调制器的调制曲线基于单马赫一泽德调制器的负系数滤波器展望：微波光子滤波器未来的主要研究重点将是：发展更简洁的技术 获得负系数和复系数滤波器；发展更多的技术实现滤波器可调谐； 克服具有很小的延迟时间值的相干效应实现与电路集成的目的；研 究发展更好的微波光子滤波器的各项器件，现阶段全光滤波器的带 宽受到调制器和探测器的带宽限制，其中主要是调制器的带宽限制 。谢谢！
