高分辨率可编程光滤波器设计及应用研究

The project studies and develops an ultrahigh resolution programmable optical filter based on the precise measurement and control of the spectral shape for high-precision optical information processing which will find wide applications in high-speed OFDM optical communication systems, microwave photonic systems, high-precision optical computing and other research fields. High-accuracy spectrum processing is the key to achieving high-precision optical information processing. The current programmable optical filter with resolution of ~ GHz, however, is not capable of processing signals more precisely. This project proposes a new type of ultra-high resolution programmable optical filter scheme based on stimulated Brillouin scattering effect in optical materials which can solve the key issues including accurate spectrum measurement, spectral shape precise control, filter rejection ratio enhancement and filter signal-to-noise ratio improvement. The optical filter can be programmed to any filtering shape with resolution of 10 MHz below 10 GHz bandwidth and with more than 40 dB rejection ratio, which fills the gap of the current high-resolution programmable filtering scheme below 10-GHz bandwidth. Furthermore, we will explore the applications of this filter in high speed optical communication systems, microwave photonics and high resolution optical computing fields, realizing the precise control of the optical spectrum, the microwave spectrum and the pulse shape, motivating new applications in related disciplines as well.

本项目针对高速正交频分复用光通信系统、微波光子系统以及高精度光学计算等领域的应用需求，基于对谱形的精细测量和精确调控技术，研究开发面向高精度光学信息处理的超高分辨率可编程光滤波器。对光谱进行高精细度处理是实现高精度光学信息处理的关键，而目前的可编程光滤波器的分辨率仅为GHz量级，无法对信号进行更精细的处理。本项目提出一种新型的超高分辨率可编程光滤波方案，基于光学材料中的受激布里渊散射效应，解决光谱精细测量、光谱精确调控、滤波抑制比提升及滤波信噪比增强等关键问题，研制能够在10GHz带宽以下以10MHz为分辨率进行任意滤波形状配置、滤波抑制比大于40dB的可编程光学滤波器，填补现有方案在10GHz带宽以下高分辨可编程滤波的空白。并开展此滤波器在高速光通信系统、微波光子系统以及高精度光学计算等领域的应用研究，实现对光波频谱、微波频谱以及时域脉冲的精确调控，促进相关学科的发展。

申请人开展光信息处理技术基础及应用研究，利用光学线性和非线性效应实现高精度的可编程光滤波器、高频率光电振荡器及高速锁模激光器生成，应用于光通信系统和网络中的交换精细化、信号生成高频化以及信息处理高速化三个方向。取得三项代表性研究成果：.1. 基于直调激光器提出SBS增益谱形精确控制新方法，实现信号频谱的精确可控，获得最高分辨率的可编程光学滤波。研究成果在IEEE JLT和Photonic Network Communications发表邀请论文，获得MWP最佳学生论文奖。2. 提出Ka波段以内高频微波信号生成方法，解决高频信号生成的频率调谐性有限与单模振荡问题，利用精确可控外调制泵浦技术将频率调节精度提升到MHz量级。3. 利用自主设计的实时偏振控制电路板和拟人算法，实现了第一个实时智能锁模光纤激光器，可以通过拟人算法自动锁定在多种脉冲状态，相比此前工作极大地缩短了初始锁模时间和失锁恢复时间。2018年11月，该激光器在第十五届光博会上现场实时演示，性能稳定，获得一致好评。研究成果发表在OSA旗舰期刊Optica上，并且在当月的下载量排名第一，被中国激光杂志社列为“2019中国光学十大进展”候选推荐，同时还入选了OSA-OPN 2019年度光学进展。.在项目执行期间，发表SCI期刊论文20篇，其中邀请论文2篇；本领域顶级国际会议OFC/ECOC/MWP 5篇，其中1篇获得最佳学生论文奖，做国际会议特邀报告10余次；受邀在Journal of Lightwave Technology发表期刊论文1篇；授权国家发明专利2项，申请国家发明专利4项；培养博士研究生6名，毕业2名；培养硕士研究生13名，毕业8名。