基于光源设计的微波光子滤波器及应用研究

Microwave photonic filter (MPFs) are important contents in study of microwave photonic processing. To meet the exigent requirements of radio over fiber and military radar systems, and overcome the limitations in programmablity and reconfiguration of conventional processors, we propose techniques to flexibly process microwave signals by optical source engineering. In this proposal, we plan to carry out theoretical investigation, experimental study, and application implementation of MPFs based on optical source engineering. The influence of various optical source parameters on the transfer function of the MPF will be deduced and fully understood. Flexible control and processing of microwave signals will be realized by optical source engineering; programmable and reconfigurable MPFs with high performance will be obtained. High resolution fiber sensors will also be developed using microwave photonic filtering technique.We expect that a comprehensive and intensive understanding of MPFs based on optical source engineering can be achieved, and the limitaion in programmablity and reconfiguration of conventional processors can be overcomed. Moreover, we hope advantages and potentials of this kind of MPFs can be further excavated through these work.Therefore, it is of great importance to carry out the research proposed in this proposal.

微波光子滤波器（MPFs）是微波光子信号处理技术的重要研究内容。为满足光载无线通信、军事雷达等多个领域对高性能MPFs的迫切需求，克服传统实现技术在可编程、可重构等方面的局限性，提出通过对系统光源部分的特性控制实现对所承载微波信号的灵活处理。 本项目拟从理论、实验及应用三个方面对基于光源设计的微波光子滤波器进行深入系统研究，明确光源关键参数对MPFs滤波特性的影响规律，在理论指导下通过光源设计实现对微波信号高灵活度的控制与处理，得到可编程、可重构、单通道宽带可调谐等一系列高性能微波光子滤波器，并开展基于MPFs技术的高灵敏度光纤传感应用研究。希望通过以上研究，克服现有微波光子滤波器实现技术的局限性，充分挖掘其优势和潜力，拓展其应用深度和广度。因此，本项目工作的开展具有重要的科学意义与应用价值。

微波光子滤波器（Microwave photonic filter, MPFs）是微波光子信号处理技术的重要研究内容，对MPFs的研究可满足光载无线通信、军事雷达等多个领域对高性能MPFs的迫切需求，而通过对系统光源部分的特性控制可以实现对所承载微波信号的灵活处理。本项目从理论、实验及应用三个方面对基于光源设计的MPFs进行了深入系统研究，明确了光源关键参数对MPFs滤波特性的影响规律，在理论指导下通过光源设计实现了对微波信号高灵活度的控制与处理，得到了一系列高性能微波光子滤波器，并开展了基于MPFs解调技术的高分辨率传感应用研究。主要工作有：.（1）对基于多纵模光源的IIR-MPF进行了理论与实验研究，详细分析了激光器输出关键参数对滤波器频率响应的影响，在此基础上提出了有效扩展IIR-MPFs工作带宽的方法。.（2）对基于多波长多纵模光源的FIR-MPF进行了理论研究，详细分析了激光器输出关键参数对滤波器响应的影响，研究结果对MPFs的设计具有重要的指导意义。.（3）通过对光载波及光源调制边带的强度与相位进行控制，使微波光子滤波器的抽头具有特定强度与相位分布，得到了多种可调谐、可重构高解析度的MPFs器，丰富了高性能微波光子滤波器实现技术。.（4）通过对光载波及光源调制边带的相位进行精确控制，实现了多种微波光子移相器结构。移相器可应用于MPFs结构中实现复系数的微波光子滤波器，从而使其功能更加灵活。.（5）对MPFs结构中可应用的光源技术进行了研究，提出并实现了多种适于MPFs应用的新型光纤激光器结构，包括多波长、单纵模、扫频激光光源技术。.（6）针对传统光纤生物传感器分辨率受限的问题，将MPFs处理技术应用于生物传感系统解调，分别实现了折射率微小变化的探测、高分辨率的DNA杂交传感和温度补偿型乳腺癌肿瘤标记物HER2的高分辨率检测，同时有效拓展了微波光子滤波器的应用领域。. 以上工作共发表标注项目资助文章34篇，包括24篇SCI收录的国际期刊文章、9篇EI收录的国际会议论文、1篇中文核心期刊论文；申报专利2项（已获授权1项）；结合项目内容培养了3名博士研究生及9名硕士研究生。总体而言，超额完成了项目预期目标。通过项目研究工作的开展，为微波光子滤波器的特性优化及设计提供了依据，丰富了现有微波光子滤波器的实现技术，并有效拓展了其应用深度和广度。