基于受激布里淵散射效應(yīng)的矩形光濾波器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于受激布里淵散射效應(yīng)的矩形光濾波器系統(tǒng)，利用任意波形發(fā)生器(AWG)產(chǎn)生電信號并控制電信號的各個頻率成分的幅度，進(jìn)而可以達(dá)到控制泵浦光形狀的目的，最后得到形狀可控的增益譜。通過對增益譜的測量并進(jìn)行反饋控制，可以最終得到頂部平坦、邊沿陡峭的矩形濾波特性。在得到矩形增益譜之后，反饋機(jī)制就完成了任務(wù)，系統(tǒng)可以用來對真實信號進(jìn)行濾波。這種矩形光濾波器的帶寬以及工作波長均可調(diào)，帶寬達(dá)到了GHz量級，解決了傳統(tǒng)的無源光濾波器帶寬在10GHz以下下降沿不陡峭的問題，同時克服了其它的基于受激布里淵散射效應(yīng)的濾波器下降沿不夠陡峭或者帶寬太小等問題。
【專利說明】基于受激布里淵散射效應(yīng)的矩形光濾波器系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖通信類，尤其涉及一種基于受激布里淵散射效應(yīng)的矩形光濾波器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在正交頻分復(fù)用(OFDM)的解復(fù)用以及微波光子信號處理中，相鄰信道的串?dāng)_會影響信號的質(zhì)量。為了減小這種串?dāng)_，需要一個頂部平坦且邊緣陡峭的類似矩形的窄帶光濾波器。
[0003]目前已有的一些窄帶光濾波器技術(shù)，包括級聯(lián)的法布里珀羅腔、基于硅基液晶的商用濾波器以及基于SBS (受激布里淵散射效應(yīng))的有源濾波器等，但是這些技術(shù)都存在一定的問題。
[0004]對于級聯(lián)的法布里珀羅腔:法布里帕羅腔可以作為一個光濾波器，通過級聯(lián)，可以提高傳輸曲線的邊緣陸峭程度。經(jīng)對現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)[Alboon S A, Lindquist RG.Flat top liquid crystal tunable filter using coupled Fabry-Perot cavities[J].0ptics express, 2008, 16 (I): 231-236.] (Alboon S A等人《利用級聯(lián)法布里帕羅腔的液晶可調(diào)諧頂部平坦濾波器》，光學(xué)快報，頁碼231-236,2008)中提出一種基于級聯(lián)的法布里帕羅腔的可調(diào)諧光濾波器，多個法布里帕羅腔的級聯(lián)可以大幅提升通帶的平坦度并同時減小抖動。該方案可以得到IOOGHz的光濾波器，通過液晶的控制，該濾波器的可調(diào)諧范圍可以達(dá)到172nm。但在該方案中，濾波器的帶寬無法做到IOGHz以下，無法應(yīng)用于較窄帶寬的需求。
[0005]對于基于硅基液晶:目前存在已經(jīng)商用的光濾波器方案是基于硅基液晶的可調(diào)濾波器，例如yenisata公司的XTA-50可調(diào)濾波器。該濾波器的帶寬可調(diào)范圍是從32pm (4GHz)到5nm,工作波長從1260nm到1650nm,下降沿陸度可以達(dá)到800dB/nm。在對濾波帶寬較大的應(yīng)用中，這樣的陡峭程度足以得到很好的結(jié)果，但對于GHz量級的濾波需求來說，這樣的下降沿仍然不夠陡峭，對信號的影響比較大。
[0006]對于基于SBS的有源濾波器:為了得到GHz量級帶寬的光濾波器，有一些方案提出了基于SBS效應(yīng)的有源光濾波器。經(jīng)對現(xiàn)有文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)[Zadok A, Eyal A, TurM.Gigahertz-wide optically reconfigurable filters using stimulated Brillouinscattering[J].Journal of lightwave technology, 2007，25(8):2168-2174.] (Zadok A等人《基于受激布里淵散射的GHz帶寬光可重構(gòu)濾波器》，光波技術(shù)雜志，頁碼2168-2174，2007)中提出一種利用泵浦啁啾對布里淵過程進(jìn)行控制，從而得到GHz帶寬的可調(diào)濾波器的方案。實驗中得到了 1.3GHZ-2.5GHz帶寬的濾波器，邊模抑制比達(dá)到30dB。但該方案的缺點是得到的濾波器邊緣下降平緩，不夠陡峭，在實際應(yīng)用中可能會引入相鄰邊帶的影響，降低信號的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題提供一種帶寬可調(diào)，滿足對濾波器帶寬較大的要求，同時濾波器下降沿陡峭的濾波器系統(tǒng)。基于這種考慮，本發(fā)明提供了一種基于受激布里淵散射效應(yīng)的矩形濾波器系統(tǒng)，其目的是解決現(xiàn)有光濾波器技術(shù)無法得到頂部平坦、邊緣陡峭的濾波器傳輸曲線的缺陷。本發(fā)明中通過反饋控制的方式對泵浦光進(jìn)行控制，從而控制濾波器的形狀。在實現(xiàn)矩形濾波曲線的同時，濾波器的帶寬以及工作波長都是可調(diào)的，帶寬的調(diào)諧精度可以達(dá)到20MHz量級。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于受激布里淵散射效應(yīng)的矩形濾波器系統(tǒng)，包括激光器、光調(diào)制器、任意波形發(fā)生器(AWG)、摻鉺光纖放大器(EDFA)、環(huán)形器以及SBS增益介質(zhì)，所述環(huán)形器具有第一端口、第二端口和第三端口 ；所述激光器發(fā)出光信號，作為信號載波；所述任意波形發(fā)生器輸出電信號；所述光調(diào)制器將所述任意波形發(fā)生器輸出的電信號調(diào)制到所述激光器發(fā)出的光信號上；調(diào)制后的光信號通過所述摻鉺光纖放大器進(jìn)行放大作為泵浦光輸入到所述環(huán)形器的第一端口，并從所述環(huán)行器的第二端口輸出；所述環(huán)形器的第二端口和所述SBS增益介質(zhì)連接，所述SBS增益介質(zhì)產(chǎn)生SBS，所述系統(tǒng)的輸入信號沿著所述SBS增益介質(zhì)傳輸，所述環(huán)行器的第三端口輸出所述系統(tǒng)的輸出信號。
[0009]進(jìn)一步地，所述SBS增益介質(zhì)為光纖。
[0010]進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)設(shè)置為通過反饋機(jī)制，將泵浦信號在所述SBS增益介質(zhì)中產(chǎn)生的增益譜反饋至所述任意波形發(fā)生器，相應(yīng)調(diào)整所述任意波形發(fā)生器，進(jìn)而調(diào)整所述泵浦光，控制所述系統(tǒng)的增益譜的形狀，實現(xiàn)矩形濾波器。
[0011]進(jìn)一步地，所述反饋機(jī)制離線工作，所述矩形濾波器系統(tǒng)在線濾波。
[0012]進(jìn)一步地，所述任意波形發(fā)生器被設(shè)置為可以產(chǎn)生不同頻率成分的電信號，同時對各個頻率成分的電信號的功率進(jìn)行數(shù)字化控制。
[0013]更進(jìn)一步地，所述任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的不同頻率成分的輸出信號頻率間隔為增益光纖的SBS帶寬。
[0014]進(jìn)一步地，所述的激光器的工作波長為C+L波段。
[0015]更進(jìn)一步地，所述的激光器的工作波長為1530?1625nm。
[0016]進(jìn)一步地，所述光調(diào)制器為馬赫曾德調(diào)制器。
[0017]進(jìn)一步地，所述摻鉺光纖放大器為光增益模塊。
[0018]進(jìn)一步地，所述環(huán)形器引導(dǎo)光傳播方向，從所述環(huán)形器的第一端口輸入的光信號從所述環(huán)形器的第二端口輸出，從所述環(huán)形器的第二端口輸入的光從所述環(huán)形器的第三端口輸出。
[0019]進(jìn)一步地，所述光纖為單模光纖。
[0020]進(jìn)一步地，所述光纖為長度25km的單模光纖，光纖長度增長可以降低布里淵閾值，而超過布里淵閾值的輸入光可以在反方向產(chǎn)生布里淵增益。
[0021]本發(fā)明中泵浦光是通過將AWG輸出的電信號調(diào)制到光載波上產(chǎn)生的。AWG可以產(chǎn)生包含多個頻率成分的電信號，其中每個頻率成分的幅度均可數(shù)字化控制。通過對AWG輸出信號進(jìn)行控制，可以控制調(diào)制后的泵浦光譜線對應(yīng)功率，進(jìn)而控制對應(yīng)的增益譜。在產(chǎn)生泵浦光之后，通過環(huán)形器將泵浦光輸入一段光纖中，從而在光纖的反向產(chǎn)生布里淵增益。需要濾波的信號從光纖的另一段輸入，處于布里淵增益區(qū)的一部分信號就得到了顯著的放大，達(dá)到了濾波的效果。[0022]為了保證濾波器的形狀，首先需要用探測光進(jìn)行濾波器形狀的測量。此時光纖另一端輸入的是探測光，通過對探測光被放大前后進(jìn)行比較，可以得到濾波器的濾波特性。利用得到增益譜信息對AWG信號進(jìn)行反饋補償控制，對泵浦光進(jìn)行一定的調(diào)整，進(jìn)而控制增益譜的形狀，最終可以得到矩形濾波器。在確保了濾波器形狀之后，就可以將該濾波器用于濾波應(yīng)用中，對需要濾波的信號進(jìn)行處理。
[0023]本發(fā)明通過受激布里淵散射效應(yīng)對光信號的頻率成分進(jìn)行放大來實現(xiàn)主動濾波，通過對布里淵泵浦進(jìn)行多頻強度調(diào)制來實現(xiàn)增益譜展寬，從而實現(xiàn)寬帶濾波，對電信號各個頻率成分進(jìn)行獨立控制得到矩形的布里淵增益譜，通過間隔小于等于單譜線增益譜帶寬的多譜線泵浦，產(chǎn)生增益譜并進(jìn)行疊加之后得到連續(xù)的增益譜，帶寬得到拓展；引入反饋控制機(jī)制，直接對增益譜進(jìn)行測量并反饋控制，并最終得到矩形增益譜，從而省去了泵浦的測量環(huán)節(jié)，一旦通過反饋控制得到了矩形增益譜，系統(tǒng)就不需要繼續(xù)進(jìn)行反饋控制，而可以直接用作矩形濾波器。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有顯著優(yōu)點:
[0025]I)在保證濾波曲線頂部平坦的同時，下降沿陡峭，實現(xiàn)了矩形濾波曲線的效果。
[0026]2)工作波長和帶寬可調(diào)諧，通過改變激光器的工作波長，可以得到不同波長處的增益譜，同時通過增加或減少泵浦譜線的數(shù)目，相應(yīng)改變增益譜的帶寬。
[0027]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是單譜線泵浦對應(yīng)的布里淵增益譜曲線；
[0029]圖2是等幅多譜線泵浦的頻率-功率曲線圖；
[0030]圖3是對應(yīng)圖2的多譜線泵浦對應(yīng)的布里淵增益譜曲線圖；
[0031]圖4是對圖2修正的泵浦的頻率-功率曲線圖；
[0032]圖5是對應(yīng)圖4的泵浦對應(yīng)的布里淵增益譜曲線圖；
[0033]圖6為本發(fā)明一個較佳實施中的基于受激布里淵散射效應(yīng)的矩形濾波器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖1是本發(fā)明一個較佳實施中的基于受激布里淵散射效應(yīng)的矩形濾波器系統(tǒng)的反饋控制機(jī)制的框圖；
[0035]圖8?圖11為本發(fā)明一個較佳實施中的濾波器系統(tǒng)IGHz帶寬下的結(jié)果曲線，
[0036]圖8是本發(fā)明一個較佳實施例里中的輸入的探測信號的光譜圖；
[0037]圖9為對應(yīng)于圖8的部分頻率成分被放大后的探測信號；
[0038]圖10為對應(yīng)于圖8和圖9的放大前后的信號通過拍頻檢測并相減得到的增益譜
結(jié)果;
[0039]圖11為對應(yīng)于圖8和圖9的利用反饋機(jī)制最后得到的增益譜結(jié)果；
[0040]圖12?圖17為本發(fā)明的較佳實施中濾波器系統(tǒng)不同帶寬情況下得到的增益譜結(jié)果，分別對應(yīng)40MHz、100MHz、200MHz、500MHz、lGHz和1.5GHz情況下測出的增益譜曲線。
【具體實施方式】[0041]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行說明。
[0042]圖1為單譜線泵浦的布里淵增益譜。受激布里淵散射效應(yīng)是一個閾值效應(yīng)，當(dāng)輸入光功率超過該段光纖所對應(yīng)的布里淵閾值，SBS將把大部分的輸入功率轉(zhuǎn)移到后向斯托克斯波中。這種效應(yīng)也可以用來放大頻率相對于泵浦頻率等于布里淵頻移量的信號，此時泵浦波和輸入信號必須以相反方向在單模光纖中傳輸。
[0043]單譜線的布里淵增益譜的帶寬約為30MHz，不適用于一般的濾波器應(yīng)用情景。為了拓展增益譜的帶寬，需要多譜線泵浦增益譜疊加。
[0044]圖2?圖5為多譜線泵浦及對應(yīng)的增益譜形狀，泵浦之間的間隔小于30MHz。當(dāng)?shù)确亩嘧V線泵浦增益譜疊加時，可以產(chǎn)生頂部平坦的增益譜，如圖3所示。但由于邊緣相比于中間部分少了一半的疊加量，下降沿不夠陡。如果需要下降沿很陡的增益譜，需要對泵浦進(jìn)行修正，如圖4中的泵浦以及圖5中對應(yīng)的增益譜。
[0045]在本發(fā)明的一個較佳實施例中，基于受激布里淵散射效應(yīng)的矩形濾波器系統(tǒng)如圖6所不。其中，激光器I作為信號載波，通過調(diào)制器2將AWG3的輸出電信號調(diào)制到光上,對調(diào)制后的的光信號通過EDFA4進(jìn)行放大作為泵浦光，并通過環(huán)形器5的I端口輸入連接環(huán)形器2端口的一段光纖，從而在光纖的反向產(chǎn)生布里淵增益，需要濾波的信號從光纖輸入至環(huán)行器的2端口，并從環(huán)行器的3端口輸出(環(huán)行器的I端口、2端口和3端口分別為環(huán)行器的第一端口、第二端口和第三端口)。在本實施例中，激光器I的工作波長設(shè)為1552nm,功率約為IOdBm,光調(diào)制器2為馬赫曾德調(diào)制器，AWG3的不同頻率成分的輸出信號頻率間隔設(shè)為20MHz，EDFA4的放大輸出約為18dBm，光纖采用的是25km的普通單模光纖。
[0046]在本實施例中，為了調(diào)整系統(tǒng)的增益譜，采用反饋機(jī)制對系統(tǒng)進(jìn)行離線調(diào)整，圖7示出了本實施例中的反饋機(jī)制。即在光纖的輸入端輸入探測信號，將從所述光纖輸入的探測信號通過濾波器系統(tǒng)產(chǎn)生的增益譜反饋至任意波形發(fā)生器，相應(yīng)調(diào)整任意波形發(fā)生器，進(jìn)而調(diào)整泵浦光，控制系統(tǒng)的增益譜的形狀，最終實現(xiàn)矩形濾波器。在本實施例中，探測信號是非基帶調(diào)制后濾出一個邊帶后的結(jié)果，如圖8中所示。調(diào)制后的右邊帶的一部分正好處于泵浦光產(chǎn)生的增益譜范圍內(nèi)，因而會得到放大。同時，探測信號的載波保留下來，在探測信號中的邊帶受到布里淵放大前后，可以在輸出端通過光電檢測，得到與探測信號中的載波拍頻的頻譜。
[0047]圖8?圖11為濾波器帶寬IGHz情況下的實驗結(jié)果。圖10和圖11中左上角插圖為AWG輸出的信號。這里的IGHz帶寬是通過將AWG輸出譜線設(shè)為50根，50*20MHz=lGHz，實現(xiàn)了 IGHz帶寬。圖8為探測信號的光譜，圖9為探測光的一部分得到布里淵效應(yīng)的放大之后的光譜，圖10為探測光通過光電檢測之后得到的電譜結(jié)果，圖11為被部分放大后的探測光的檢測結(jié)果。從拍頻之后的電譜結(jié)果可以看到，在最初使用頻譜分布較平坦的AWG輸出作為調(diào)制信號時，得到的增益譜其實是非常不平坦的，主要的原因應(yīng)該是電放大器以及調(diào)制器等系統(tǒng)的非線性導(dǎo)致的。在通過幾次的反饋補償控制之后，得到圖11中的增益譜結(jié)果，可以看到增益譜的平坦度得到了明顯的改善，同時3dB帶寬和IOdB帶寬分別為0.994GHz和1.052GHz，基本上是矩形形狀。圖11中的插圖是對應(yīng)的AWG輸出電譜，是一個不規(guī)則的分布形狀，很難通過計算事先得出這樣的輸入，這也說明了反饋控制機(jī)制的重要性。
[0048]值得注意的是，圖12?圖17為不同帶寬情況下測出的增益譜曲線。實驗中實現(xiàn)了從40MHz (2根譜線泵浦)一直到1.5GHz (75根譜線泵浦)帶寬下的矩形增益譜。即該濾波器的帶寬可調(diào)，并且?guī)捒刂频木瓤梢赃_(dá)到20MHz。
[0049]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于受激布里淵散射效應(yīng)的矩形濾波器系統(tǒng)，其特征在于，包括激光器、光調(diào)制器、任意波形發(fā)生器、摻鉺光纖放大器、環(huán)形器以及SBS增益介質(zhì)，所述環(huán)形器具有第一端口、第二端口和第三端口 ；所述激光器發(fā)出光信號，作為信號載波；所述任意波形發(fā)生器輸出電信號；所述光調(diào)制器將所述任意波形發(fā)生器輸出的電信號調(diào)制到所述激光器發(fā)出的光信號上；調(diào)制后的光信號通過所述摻鉺光纖放大器進(jìn)行放大作為泵浦光輸入到所述環(huán)形器的第一端口，并從所述環(huán)行器的第二端口輸出；所述環(huán)形器的第二端口和所述SBS增益介質(zhì)連接，所述SBS增益介質(zhì)產(chǎn)生SBS，所述系統(tǒng)的輸入信號沿著所述SBS增益介質(zhì)傳輸，所述環(huán)行器的第三端口輸出所述系統(tǒng)的輸出信號。
2.如權(quán)利要求1所述的矩形濾波器系統(tǒng)，其特征在于，所述SBS增益介質(zhì)為光纖。
3.如權(quán)利要求1所述的矩形濾波器系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)設(shè)置為通過反饋機(jī)制，將泵浦信號在所述SBS增益介質(zhì)中產(chǎn)生的增益譜反饋至所述任意波形發(fā)生器，相應(yīng)調(diào)整所述任意波形發(fā)生器，進(jìn)而調(diào)整所述泵浦光，控制所述系統(tǒng)的增益譜的形狀，實現(xiàn)矩形濾波器。
4.如權(quán)利要求3所述的矩形濾波器系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋機(jī)制離線工作，所述矩形濾波器系統(tǒng)在線濾波。
5.如權(quán)利要求1所述的矩形濾波器系統(tǒng)，其特征在于，所述任意波形發(fā)生器被設(shè)置為可以產(chǎn)生不同頻率成分的電信號，同時對各個頻率成分的電信號的功率進(jìn)行數(shù)字化控制。
6.如權(quán)利要求5所述的矩形濾波器系統(tǒng)，其特征在于，所述任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的不同頻率成分的輸出信號頻率間隔為增益光纖的SBS帶寬。
7.如權(quán)利要求1所述的矩形濾波器系統(tǒng)，其特征在于，所述的激光器的工作波長為C+L波段。
8.如權(quán)利要求1所述的矩形濾波器系統(tǒng)，其特征在于，所述光調(diào)制器為馬赫曾德調(diào)制器。
9.如權(quán)利要求1所述的矩形濾波器系統(tǒng)，其特征在于，所述摻鉺光纖放大器為光增益模塊。
10.如權(quán)利要求1所述的矩形濾波器系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)形器引導(dǎo)光傳播方向，從所述環(huán)形器的第一端口輸入的光信號從所述環(huán)形器的第二端口輸出，從所述環(huán)形器的第二端口輸入的光從所述環(huán)形器的第三端口輸出。
【文檔編號】G02F1/01GK103529568SQ201310497106
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】張嚴(yán), 義理林, 魏偉, 畢美華, 李正璇, 尤偉志, 鄭燃, 胡衛(wèi)生 申請人:上海交通大學(xué)