一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器的制作方法

本发明涉及微波光子，具体为一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器。

背景技术：

1、随着6g通信、雷达探测、电子对抗等领域的快速发展，射频系统对微波滤波器的性能提出了更高要求，即既需要超窄带宽，又需要具备高边模抑制比、低带内损耗、抗电磁干扰等特性。而传统电滤波器受电子限制，带宽压缩极限高，抗电磁干扰能力弱，难以满足下一代射频系统的应用需求。

2、微波光子滤波技术凭借其在光域处理信号的优势，突破了电域滤波器的性能瓶颈，成为当前的研究热点。其中，基于受激布里渊散射的微波光子滤波器，利用布里渊增益谱的频率选择性实现滤波，但布里渊增益谱线宽通常为数十兆赫兹，难以实现窄带滤波，且存在边模抑制比不足、通带较宽等问题。

3、宇称时间（pt）对称光学系统，可通过调控增益与损耗的平衡关系，在奇异点处实现模式简并与选择，具备优异的边模抑制和单纵模筛选能力，但现有pt对称微波光子滤波技术多采用双腔结构，存在系统复杂度高、稳定性差、集成难度大等缺陷。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术存在带宽压缩能力不足、边模抑制比低、系统结构复杂的技术问题，故提供了一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器。

2、本发明是采用如下技术方案实现的：

3、一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器，包括：

4、泵浦光路单元，用于输出频率为的泵浦光，并将所述泵浦光功率放大至超过单模光纤的受激布里渊散射阈值后注入单模光纤，以在所述单模光纤内激发出反向传输的斯托克斯光，所述斯托克斯光的频率为，其中为所述单模光纤的后向受激布里渊频移量；

5、信号光路单元，用于输出频率为的光载波，并对所述光载波施加频率为的射频扫频信号进行双边带调制，生成包含光载波、上边带与下边带的多频光信号；

6、布里渊激光谐振腔，其为由单模光纤、光环形器、铌酸锂波导、偏振控制单元及光耦合单元构成的闭环腔，多频光信号与斯托克斯光在腔内共同作用，当射频扫频信号频率满足时，多频光信号中的上边带与斯托克斯光频率匹配，获得选择性共振放大并形成环路振荡，实现微波光子滤波。

7、原理说明：本发明所述的微波光子滤波器的核心原理在于融合布里渊激光增益谱的窄带滤波特性与pt对称系统的单纵模选择性，在单谐振环内实现pt对称结构的搭建，解决现有方案带宽压缩能力不足、边模抑制比低、系统结构复杂的技术痛点。具体分析如下：首先凭借受激布里渊散射效应，通过布里渊激光谐振腔的受激辐射放大，将布里渊增益谱二十兆赫兹的线宽压缩至千赫兹量级；其次，通过相位调制器将射频信号加载至光载波上形成双边带调制信号，仅当上边带频率与布里渊斯托克斯光频率匹配时，可获得布里渊增益的选择性放大，载波与下边带因频率失配无增益，从而在光域实现带通滤波；放大后的上边带与光载波经光电探测器拍频，解调出超窄带的射频信号，完成微波光子滤波功能；同时，利用铌酸锂波导的双折射特性，在单一谐振腔内产生两个正交的偏振模式，无需复杂的双腔结构，即可构建pt对称非厄米光学系统，通过调整偏振控制单元使得一个偏振模式经历增益，另一个偏振模式经历损耗，两个正交偏振模式通过铌酸锂波导的偏振耦合实现能量交换，通过偏振控制单元调控腔内增益与损耗的平衡关系，当增益与损耗系数相等且大于模式间耦合系数时，系统进入pt对称自发破缺区域，奇异点处的模式简并被打破，仅目标频率获得净增益并实现单纵模起振，其余边模被大幅抑制，显著提升滤波器的边模抑制比。

8、进一步地，该微波光子滤波器还包括检测单元，用于完成频谱响应表征与射频性能表征。

9、进一步地，泵浦光路单元包括：

10、第一激光器，用于输出频率为的泵浦光；

11、第一偏振控制器，与第一激光器的输出端连接，用于优化泵浦光的偏振态；

12、掺铒光纤放大器，与第一偏振控制器的输出端连接，用于将所述泵浦光功率放大至目标功率。

13、进一步地，信号光路单元包括：

14、第二激光器，用于输出频率为的光载波；

15、第二偏振控制器，与第二激光器的输出端连接；

16、相位调制器，连接所述第二偏振控制器的输出端，用于接收频率为的射频扫频信号，并对所述光载波进行双边带调制。

17、进一步地，布里渊谐振腔单元中：

18、光环形器，其a端口与掺饵光纤放大器的输出端连接，其b端口与单模光纤的一端连接：

19、单模光纤，其物理长度为5km，作为受激布里渊散射的增益介质，为布里渊谐振腔提供稳定的布里渊增益；

20、偏振控制单元采用第三偏振控制器，用于调控腔内光信号的偏振态以调节增益与损耗的平衡关系；

21、铌酸锂波导，连接于光环形器的c端口与第三偏振控制器的一端之间，用于利用其双折射特性产生两个正交偏振模式；

22、光耦合单元包括第一光耦合器和第二光耦合器，第一光耦合器a端口与相位调制器的输出端连接，第一光耦合器的输出端口与单模光纤的另一端连接，第二光耦合器的a端口与第一光耦合器的b端口连接，第二光耦合器的输入端口与第三偏振控制器的另一端连接，第二光耦合器的b端口与光电探测器的输入端口连接。

23、进一步地，检测单元包括第三光耦合器、光谱分析仪、光电探测器、矢量网络分析仪，光电探测器与第二光耦合器的b端口之间还设有第三光耦合器，第三光耦合器的输入端口与第二光耦合器的b端口连接，第三光耦合器的a端口与光谱分析仪的输入端口连接，第三光耦合器的b端口与光电探测器的输入端口连接，光电探测器的输出端口与矢量网络分析仪的接收端口连接，矢量网络分析仪的发送端口与相位调制器连接。

24、进一步地，第一光耦合器和第三光耦合器a、b端口的分光比均为50:50，第二光耦合器a、b端口的分光比为90:10。

25、进一步地，单模光纤的物理长度为5km。

26、进一步地，掺饵光纤放大器的输出功率范围可调且为17-27dbm。

27、本发明所产生的有益效果如下：本发明利用受激布里渊散射效应实现光域射频信号滤波，借助布里渊激光谐振腔的线宽压缩效应将通带带宽压缩至千赫兹量级；利用铌酸锂波导双折射特性在单谐振腔内构建宇称时间（pt）对称系统，通过调控增益、损耗平衡打破pt对称性，提升边模抑制能力，且结构简单。

1.一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器，其特征在于，该微波光子滤波器还包括检测单元，用于完成频谱响应表征与射频性能表征。

3.根据权利要求2所述的一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器，其特征在于，泵浦光路单元包括：第一激光器（1），用于输出频率为的泵浦光；第一偏振控制器（3），与第一激光器（1）的输出端连接，用于优化泵浦光的偏振态；掺铒光纤放大器（6），与第一偏振控制器（3）的输出端连接，用于将所述泵浦光功率放大至目标功率。

4.根据权利要求3所述的一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器，其特征在于，信号光路单元包括：第二激光器（2），用于输出频率为的光载波；第二偏振控制器（4），与第二激光器（2）的输出端连接；相位调制器（9），连接所述第二偏振控制器（4）的输出端，用于接收频率为的射频扫频信号，并对所述光载波进行双边带调制。

5.根据权利要求4所述的一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器，其特征在于，布里渊谐振腔单元中，光环形器（7）的a端口与掺饵光纤放大器的输出端连接，光环形器（7）的b端口与单模光纤（8）的一端连接：单模光纤（8），其物理长度作为受激布里渊散射的增益介质，为布里渊谐振腔提供稳定的布里渊增益；偏振控制单元采用第三偏振控制器（5），用于调控腔内光信号的偏振态以调节增益与损耗的平衡关系；铌酸锂波导（13），连接于光环形器（7）的c端口与第三偏振控制器（5）的一端之间，用于利用其双折射特性产生两个正交偏振模式；光耦合单元包括第一光耦合器（10）和第二光耦合器（11），第一光耦合器（10）a端口与相位调制器（9）的输出端连接，第一光耦合器（10）的输出端口与单模光纤（8）的另一端连接，第二光耦合器（11）的a端口与第一光耦合器（10）的b端口连接，第二光耦合器（11）的输入端口与第三偏振控制器（5）的另一端连接，第二光耦合器（11）的b端口与光电探测器（15）的输入端口连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器，其特征在于，检测单元包括第三光耦合器（12）、光谱分析仪（14）、光电探测器（15）、矢量网络分析仪（16），光电探测器（15）与第二光耦合器（11）的b端口之间还设有第三光耦合器（12），第三光耦合器（12）的输入端口与第二光耦合器（11）的b端口连接，第三光耦合器（12）的a端口与光谱分析仪（14）的输入端口连接，第三光耦合器（12）的b端口与光电探测器（15）的输入端口连接，光电探测器（15）的输出端口与矢量网络分析仪（16）的接收端口连接，矢量网络分析仪（16）的发送端口与相位调制器（9）连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器，其特征在于，第一光耦合器（10）的a、b端口和第三光耦合器（12）的a、b端口的分光比均为50:50，第二光耦合器（11）a、b端口的分光比为90:10。

8.根据权利要求7所述的一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器，其特征在于，单模光纤（8）的物理长度为5km。

9.根据权利要求8所述的一种基于宇称时间对称的单谐振环布里渊微波光子滤波器，其特征在于，掺饵光纤放大器的输出功率范围可调且为17-27dbm。