微波光子滤波技术

(b)利用分割宽带光源的方法，其结构如图4所示。这种滤波器利用可调谐的马赫曾德尔干涉仪(MZI)对宽带光源进行切割来获取多个光载波信号^[5]。MZI结构可以作为梳妆滤波器，通过控制光学可调谐延迟线改变两臂的光程差来控制透过滤波器的光载波的间距，对宽带光源进行频谱分割。滤出来的光经过光电调制器进行振幅调制后，输入一定长度的单模光纤。由于不同波长光载波在光纤中有不同的延时，因此经光电探测器叠加接收后可实现微波滤波。目前使用分割宽带光源的方法其调谐范围可以从34.1MHz调谐到34.1GHz，其调谐范围比较大，而且只需要较便宜的光器件便可解决。

如果当波长的间隔和马赫曾德尔滤波器输出的单个载波的带宽相比足够大，则可以排除环境的影响，避免了相干时间限制。尽管可以通过可调谐光纤延迟线对通带中心频率进行调谐，但是随着通带中心频率的增大，其3dB带宽也会呈严重的增长趋势，而且一般宽带光源比如掺铒光纤激光器(EDFL)、放大自发辐射(ASE)激光器，它们的噪声比较大，在实际应用中也会有一定的影响。

3)使用可调谐的色散器件。通过使用激励源作用在色散介质上以改变色散介质的色散^[3]。固定的光源和新颖的可调谐色散介质^[20~23]结合能提供持续的可调谐，但是在时间和改变色散的准确性上不容易控制。典型的结构如图5所示，其中的可调谐延迟器件———可调谐色散器件是一个由磁性材料控制的啁啾光栅组成的，磁性材料的磁场通过给一段螺线管加电流而产生并控制。一个5cm长的光纤光栅固定到一个磁致伸缩棒上然后放到一段磁性螺线管里。磁致伸缩介质的长度与所加电流而形成的磁场大小成一定的比例关系，因此当不同的电流加在螺线管上时，光纤光栅会表现出不同的色散。这样通过控制电流便可以控制光栅的色散，从而得到不同的延迟时间进而实现可调谐的功能。通过改变磁场这种可调谐色散器件的延迟时间和波长的比值可以在300~900ps/nm之间变化。如图5所示使用电光调制器使射频信号调制到多个光载波上，然后通过受磁场控制的光纤布拉格光栅使不同的光信号得到不同的延迟。目前使用可调谐色散介质的方法得到的调谐范围可以达到1GHz。

1.2、负抽头的实现

非相干的微波光子滤波器一般只能实现正抽头，这对于滤波器的应用不利。因为传统正系数的全光滤波器只能实现低通的滤波功能，而且其滤波形状受到极大的限制，滤波效果往往不太理想，所以负抽头对全光滤波器来说一直都是设计中的热点问题。这方面的研究在20世纪80年代就已经展开，但在最近才获得重大的进展。为了解决此限制，目前所采用的主要方法有以下4种：

1)初期的负抽头实现的出发点基本是以光电结合的方式进行的，称为差分探测^[24]。图6是其工作原理示意图。将抽头分为两部分，一部分用来实现正抽头，一部分用来实现负抽头。这两部分光信号分别被输入到两个光探测器中，然后在两个光探测器上将光信号转换成电信号，最后在电域中执行电信号相减运算，实现两路信号在相位上相差π，所以可以分别得到正负抽头。这种实现方法缺陷很明显，负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)利用半导体光放大器(SOA)的非线性来实现负抽头。这种方法利用了SOA交叉增益调制和交叉相位调制波长转换的非线性现象获得了π相位变换^[25，26]。图7显示了其交叉增益调制的实现原理图。被调制的光信号l₁通过分路器分为两路，其中一路和由另外一个激光器发出的光l₂同时经过SOA，由于SOA随着光强度增加而增益饱和，所以波长l₁的光信号强度反过来调制SOA的增益，注入的波长为l₂光信号又会被调制后的增益所调制，这样l₂得到了l₁上π相位反转后的强度变化信号，因此实现了负系数。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)基于利用光栅分割宽带光源加多个可调光的结构实现负抽头。这种结构通过利用光栅组切割宽带光源，使其在一定波长出现光功率的凹槽，再加上多个可调激光器使其出现光功率的峰值，合成的光源经过延迟线，实现负抽头。图8给出了实现结构原理图，这个结构是由可调谐激光器和掺铒光纤放大器(EDFA)组成的光源，两个光源发出的光信号通过耦合器合并后经过电光调制器被射频信号所调制，再通过一定长度的光纤后被光波分析仪(LCA)所接受。这样两个抽头的射频滤波器就形成了。图8里嵌入的图是由光谱分析仪(