微波光子滤波器的理论和实验研究

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1、浙江大学硕士学位论文摘要微波光子滤波器是在光域内实现对微波信号进行滤波的器件，在RoF系统中具有重要的作用。微波光子滤波以其独特的性能成为微波光子学领域内的学术研究热点。本文从三个方面展开对微波光子滤波器的研究：优化算法的研究，结构设计研究，RoF系统中的应用研究。在优化算法研究方面，引进了一种新的全局优化算法禁忌搜索算法(TS)来优化设计微波光子滤波器。考虑到滤波器相位响应的重要性，首次将滤波器的相位响应列入优化的范畴。仿真的结果证明了Ts算法在设计微波光子滤波器应用中的优越性。在结构设计方面，提出了一种新的实现nat-top滤波器的结构设计。这

2、种结构首次将利用EOM实现负抽头的方法用于实现flat．top滤波器，降低了结构的复杂性。还提出了一种实现多抽头的简单而且经济的方法，其关键在于利用了FP激光器输出存在多纵模的特性。并讨论了其可重构性和可能出现的问题，给出了相应的解决办法。在RoF系统中应用研究方面，首次提出并实验验证了利用微波光子滤波器来滤除RoF系统中激光器的相对强度噪声和EDFA的放大自激辐射(ASE)噪声，以达到改善系统信噪比的目的想法。实验结果表明信噪比提高了1．5dB，RoF传输质量得到明显地改善。关键词：微波光子滤波器，禁忌搜索算法，flat—t叩，FP激光器，噪声抑

3、制浙江人学硕士学位论文第一章绪论1．1微波光子学和RoF的进展1．1．1微波光子学微波光子学产生于上个世纪70年代，是伴随着半导体激光器、集成光学、光纤导波光学和微波单片集成电路的发展而发展的⋯。微波光子学作为一种新兴的技术，可以被认为是微波技术和光子技术结合的产物，是应诸如微波毫米波在光纤中传输和高速光纤光子链路等应用而产生的【21。光电系统的低损耗和高带宽的特性，使得其在传输和处理微波信号的研究领域备受关注。同时，高性能的光通信系统已经要求在光发送和接受端使用微波技术。正是这两种趋势或者说是推动力量，促使微波光予学的不断发展。与传统的全电子处理

4、系统相比，微波光子信息处理系统具有体积小，重量轻，成本低，不受电磁干扰，大的动态范围以及超宽带宽等优点【31。基于这些优点，微波光子学受到了广泛的关注，国内外学者在各个方面展开了研究。微波光子学的研究领域可以分为两类：其一是处理微波信号的光电设备和系统的研究，其二是光电设备和系统在微波信号处理领域的应用研究。具体涉及到用光子技术产生射频微波信号、工作于微波毫米波频率的光子和光电子器件、光控微波器件、在微波毫米波系统中应用光子信号处理技术、光子技术用于高速测量、以及微波毫米波频率的光传输链路等。微波光子技术在以下几个方面具有潜在的应用前景：1)传输和

5、微波遥感(TransmissionandAntennaRemoting)。这里主要是利用了微波光子系统中光传输链路比传统的电气传输相比具有低的损耗，以及高带宽的特性。这对于长距离通信的应用例如有线电视和微波遥感尤为有用。同时也能解决人们对于带宽日益增长的需求。2)信号处理(SignalProcessing)。与其它的技术比如块声波设备，使用光纤延迟线能实现更长的传输延时，可以实现针对更高频率的微波信号的处理能力。其具体应用包括雷达目标模拟器、自由太空光学系统、和微波光子滤波浙江大学硕士学位论文器。其中微波光子滤波器备受人们的关注。图1．1显示一个有

6、源的光纤Fabry—Perot滤波器，其在1GHz中心频率点处Q值能达到325。3)雷达束形成(AntennaBeamForming)。在相阵列天线中，束是通过调整各个辐射单元之间的相位关系来形成的。虽然通过传统的有源的技术也可以实现其功能，但是其设备往往比较笨重而且损耗也很大。使用微波光子技术可以解决这些问题。4)其它应用。比如微波信号的产生。Modulated——————+4--OutputErbium—doped图1．1有源的光纤布拉格光栅滤波器微波光子系统中的核心器件有：具有快速调制能力的光源、合适的传输介质、高性能的调制器、快速的探测器或

7、者光控微波设备。在微波光子产生的初期，这些器件的性能严重的制约其发展，成为其发展的瓶颈。但是随着新型的光源，高调制速率的调制器，低损耗的光纤，EDFA等的产生，使得这些瓶颈在不断的被克服。而基于广阔的应用前景，微波光子学必将继续日新月异的更新和发展。包括微波光子滤波器在内的微波光子信号处理技术是当今国际学术界的一大研究热点，这些技术在许多民用和国防工业有着重要的应用。但是在国内，微波光子信号处理这一研究领域还是相对冷门。从应用的角度讲，国内有关部门已经认识到微波光子信号处理技术在国防军工等部门的重要应用，2004年国家自然科学基金发布的重点项目中就

8、包括光控微波波束形成网络研究，这是微波光子信号处理技术在相控阵天线中的重要应用。因此，加强我国微波光子信号处理技术的基础研