光纤光栅在微波光子滤波器中的应用

杂，为保证FBG的反射峰幅度以中心波长对称分布，其制作工艺非常严格。

2.3、利用FBG和掺铒光纤^[11]

图5为利用FBG和掺铒光纤的高Q值带通微波光子滤波器的结构。其中，FBG1的反射率为50%，FBG2的反射率为100%，调制光通过耦合器进入到FBG对中，其中一半信号被FBG1反射回来，另一半经过掺铒光纤的放大后被FBG2全部反射到FBG对中，通过掺铒光纤放大后再次进入到FBG1中，FBG1又耦合近一半的信号输出，而被FBG1再次反射的另一半的信号再次经过上述的过程，这样信号被FBG对向前向后不断地反射和延时形成了脉冲响应的大量抽头，并且不同抽头之间的延时都是相同的。该结构在FBG对中引入了掺铒光纤从而实现了高Q值，但掺铒光纤的长度受到一定限制，该滤波器不能实现可调谐性。

图5 利用FBG和掺铒光纤的高Q值带通微波光子滤波器的结构

2.4、利用啁啾光纤光栅环^[12-13]

中国浙江大学的研究人员根据FBG的特性提出了两种新颖的滤波结构:可调谐无限脉冲响应（IIR）滤波器和可调谐陷波滤波器。它们都基于啁啾光纤光栅（CFBG）环，其FSR可通过改变光载波波长实现连续调谐。

图6为利用CFBG和光纤环构成啁啾光纤光栅环的可调谐IIR微波光子滤波器的结构。调制光信号注入耦合器中，耦合器的输入端2和输出端4通过光纤构成光纤环，在环中设置环行器，环行器的端口3串接若干个不同工作波长的CFBG，这样光信号在光纤环中被CFBG阵列切割延时，并通过环行器返回到耦合器的输入端2，得到不同的抽头响应后通过耦合器的输出端3输出。改变输入光的波长可以选择不同的CFBG，这样光信号在环中走的距离不同，延时就不同，从而改变滤波器的FSR。

图6 可调谐IIR微波光子滤波器的结构

图7为利用CFBG和光纤环构成啁啾光纤光栅环的可调谐陷波滤波器的结构，与可调谐IIR滤波器结构不同，在耦合器的输出端3和4通过光纤构成光纤环，耦合器输出的两个强度相同的信号在环中沿相反方向传输，分别经过CFBG切割反射后经历了不同的延时，并从耦合器的输入端2输出。两个抽头的光程差由相应的CFBG在光纤环中的位置和输入光波长决定。由于采用的是CFBG，因此该陷波滤波器的FSR可连续调谐。与IIR结构相比，其主要缺点是:由于有1/2的光信号返回到原光信号的入射端，因而存在3dB的光损耗；同时，为了避免光反射进可调谐激光器，还需在光路中放置光隔离器。

图7 可调谐陷波滤波器的结构

IIR滤波器和陷波滤波器均利用了啁啾光纤光栅环实现不同特性的滤波功能，且都可调谐。采用更多CFBG的滤波器，两者可以实现更大范围的调谐，但结构会更加复杂。另外可以通过控制CFBG在光纤环上的位置来保证调谐的精度。

3、结论

由于FBG具有独特的波长选择特性，因而可用来更加灵巧地构建微波光子滤波器，而在构成方式上，利用CFBG代替FBG可以实现连续调谐，且结构比较简单；另外可以利用特殊结构的光纤光栅构成微波光子滤波器，但其制作比较复杂，精度难以控制，可以考虑用多个FBG代替特殊结构的光纤光栅实现特殊结构光纤光栅的滤波功能。近几年来利用CFBG环构成微波光子滤波器的结构屡见报道，理论和试验都证明，这种方式不仅结构简单，而且滤波功能更完善，如果在光纤环中加入掺铒光纤，可实现高Q 值和连续可调谐的微波光子滤波器，相信这将是微波光子滤波器的发展趋势。

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