引用本文:

王小燕,郑联慧. 基于取样FBG的可调谐多通道微波光子滤波器[J]. 光通信技术,2020,44(10):58-62.

基于取样FBG的可调谐多通道微波光子滤波器

王小燕,郑联慧

(三明学院 机电工程学院,福建 三明 365004)

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摘要:微波光子滤波器(MPF)的参数不可调,限制了其在全光网络中的应用。运用光模式耦合理论和矩阵行列式分析取样光纤布喇格光栅(FBG)的频谱特性,利用取样FBG的周期性排列结构,研究得到一种多通道MPF的多参数可调谐设计,并建立了基于四阶取样FBG阵列的多通道MPF的仿真模型。仿真结果表明:提高光栅的折射率变化率可增大MPF通道带宽;增加相邻FBG的光程差可增大MPF通道间隔;控制FBG温度以调谐MPF中心波长,使MPF在低通、高通、带通及带阻滤波器之间可灵活切换。

关键词:微波光子滤波器;取样光纤布喇格光栅;多通道;可调谐;光模式耦合

中图分类号:TN20 文献标志码:文章编号:1002-5561(2020)10-0058-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.10.014

0 引言
       光域上的微波信号处理可以轻松克服电域中难以克服的电子瓶颈,在微波光通信系统中具有巨大的潜在应用价值。在光域上实现微波光子滤波器(MPF)的方法有许多,包括基于光纤耦合器的光纤滤波器[1-2]、基于光纤光栅的光纤滤波器[3-6]、基于光纤干涉仪的光纤滤波器[7-8]以及基于声光调制机制的声光滤波器[9]等,但大多结构复杂或参数变化相对固定、滤波器性能单一和重构性差,不能满足实际工程需要。
  光纤布喇格光栅(FBG)具有低损耗、低成本和结构设计灵巧等许多其它光元器件无可比拟的优势,近些年在微波光子信号处理领域受到越来越多科学家的青睐。赵彪等人[10]通过调节马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的可调谐光延迟线,实现了基于啁啾布喇格光栅的反射波长可调谐的双通带MPF,但其通带带宽及通带距离固定无法实现调谐。曹晔等人[11]通过对光子晶体光纤填充温敏液体,改变温度使其具有不同双折射而实现滤波器自由频谱的可调,但这种方法需要以多波长光纤激光器作为光源,并且光子晶体光纤的高复杂度也给滤波器的实现增加了困难。周菲等人[12]利用双相移光纤光栅分别对2个经相位调制的光信号的边带进行抑制,实现了通带中心频率或3 dB带宽可调,但这种工作方式要求具备双光源,并且双通带频率的带宽无法实现调谐。大多数类似的基于FBG的可调谐MPF的研究,要么对光源有较高要求,要么因结构复杂导致在工程应用中难以实现。本文通过控制FBG的环境温度实现对布喇格中心反射波长的调谐,应用模式耦合理论和行列式矩阵分析FBG阵列的频谱特性,实现基于FBG阵列的多通道MPF的多参数可调谐的设计。

4 结束语
      本文应用光模式耦合理论和矩阵行列式分析法模拟分析了FBG阵列的频谱特性,通过建立基于四阶采样FBG的MPF模型,对多通道MPF的多参数可调谐设计进行了验证。该设计克服了大多可调谐MPF中对光源有特殊要求的限制,结构简单,在波分复用系统中有广阔的应用前景。但同时,设计尚存如下欠缺点需考虑完善或改进:①实际应用中,若要实现FBG阵列中各参数的实时在线控制,需额外添加参数控制设备,如外加感应设备用于控制FBG的折射率变化等。如何低成本而有效地实现参数的实时在线调谐将是未来研究的方向之一。②FBG温度调谐精度受温度变化的限制。控制温度的极高或极低将导致温控波长漂移的精度下降,可考虑结合施加应力等其它途径,对波长调谐做进一步分析,以增强其调谐的精度和灵活度。③FBG阵列的周期性排列实现了多通道滤波,但也限制了通道的整体带宽。对此,可考虑设计FBG阵列的非周期性排列,通过对各通道独立加窗等信号处理方式,实现各通道参数的独立设计。