基于快慢光技术的可调谐微波光子滤波器

As one of the core techniques to realize the all-optical signal processing, a high quality of microwave photonics filter (MPF) has been attached much attention around the world due to the many advantages such as low loss, high bandwidth, immunity to electromagnetic interference and reconfigurability. The tunability is one of the most important factors for a high-quality MPF. There have been some approaches to realize the tunability including optical fiber delay line, high dispersion fibers and fiber Bragg grating. However, there are still some limitations. Recently, tunable microwave photonics filter based on fast and slow light technology has been reported as a good performer. According to the present situation, and the speed of light control based on stimulated Brillouin scattering, cross-gain modulation on the basis of our research , we propose to realize the tunable microwave photons filter based on the microwave phase shift by slow and fast light technique. In this project, MPF is supposed to be tunable in terms of controlling microwave phase shift by incorporating a slow and fast system in one of the arms.The filter can keep unchanged free spectral range(FSR) in tuning process. The system has the characteristic of novel structure, simple control, and broadband tunability. The scheme could become increasingly mature so as to promote its application in the field of microwave photon filter and microwave signal processing.

作为微波光子学领域实现全光处理的关键技术之一，微波光子滤波器具有低损耗、高带宽、抗电磁干扰以及可重构等优点，成为微波光子学领域内的热门研究。滤波器的可调谐性是高性能灵活滤波器的一个主要特性。已有一些解决方案可实现可调性包括利用光纤延时线、高色散光纤和光纤光栅等，但仍然存在局限。近期，利用快慢光技术实现光控延迟，从而在实现滤波器的可调谐上表现出了许多独特的优点。针对以上现状及我们课题组在受激布里渊散射、交叉增益调制快慢光技术研究的基础上,拟提出基于快慢光技术实现微波相移，从而实现可调谐的微波光子滤波器的研究。采用的方法是在双抽头微波光子滤波器的一个臂中嵌入快慢光装置，利用交叉增益调制快慢光技术实现滤波器的可调谐。拟实现的滤波器能在调谐过程中保持自由频谱宽度（FSR）不变，即滤波器的频谱形状不变。该系统结构新颖，具有宽带可调的特点，从而推动其在微波光子滤波器、微波信号处理等领域的应用。

快慢光现象，也称为光脉冲时域操控，和微波光子滤波器都是属于光学手段和微波技术的交叉方向，也是最近几十年科研领域的研究热点。快慢光在实现光缓存、光存储等全光通信手段方面有重要的应用前景，同时在非线性效应增强、光传感和光控相控阵雷达等工程应用领域有重要的应用价值。而微波光子滤波器在光学微波信号处理，光控相控阵天线，ROF 系统，光生微波技术等方面有广泛的应用。.快慢光是对光脉冲包络群速度的操控；微波光子滤波器是采用光学手段实现微波滤波的装置。由于光脉冲的群速度定义为包络峰值位置的移动速度，通常探测手段也是基于光电探测和光电转换。两者有重叠的部分，快慢光可以用于操控微波光子滤波器抽头的相位，而在某些作为微波光子滤波器的结构中同时也存在快慢光现象。.快慢光在形成机理上可以分为材料快慢光和结构快慢光两类，本项目的主要工作集中在对结构快慢光的研究。本项目发现了光纤非平衡MZI 中的交叉强度调制(XIM)效应，并系统论证了基于此效应对光脉冲时域传输操控的重要机理。实验上，我们通过在光纤MZI 两臂中异步调节光强度的损耗，实现了具有干涉仪频域传输函数最低点位置频率的光脉冲包络时域上最大移动。这是首次在光纤非平衡MZI 中实现快慢光效应，同已有方案相比，我们的方案设计灵活，结构简单，且无调制频率限制，延迟带宽积大。.本项目的主要内容，提出了一个基于光纤MZI 中内嵌啁啾光栅的连续精细可调谐微波光子滤波器。啁啾光纤光栅(CFBG)作为色散延迟介质，我们利用了其大色散、长栅区、宽带宽的优点。我们使用的CFBG栅区长度约16cm，带宽约2.29 nm，色散约±1137ps/nm。我们通过在MZI两臂中嵌入一对反向的啁啾光栅，实现了一个二抽头的带通滤波器，我们在理论上分析了其实现机理。通过在CFBG带宽内调谐激光器的出射波长，实现了滤波器的可调谐。我们设计的滤波器具有结构简洁、精细连续可调、可设计性强等优点，调谐精度为亚MHz量级。我们的方案对于实际工程应用具有重要借鉴意义。