基于光纤光栅的微波光子滤波器品质因数研究

论文摘要

微波光子滤波器以其高带宽,低损耗,抗电磁干扰等优点广泛应用于各种通信领域。光纤光栅由于具备良好的波长选择性能和可控性,在微波光子滤波器中扮演重要角色。品质因数Q （Q-value, Quality Value）是衡量微波光子滤波器的重要指标之一,代表滤波器的选频性能。如何获得高品质因数的微波光子滤波器是当前微波光子领域的研究热点之一本文重点分析了基于光纤光栅的微波光子滤波器的品质因数,主要工作和创新点如下：首先,基于光纤光栅波长选择性能的理论模型,分析了基于光纤光栅的微波光子滤波器原理。并重点分析了基于光纤光栅的典型微波光子滤波器的特性,得出影响微波光子滤波器性能的主要因素。其次,理论分析了高阶微波光子滤波器的通用传输函数中极点和阶次对品质因数Q值的影响,并获得提高高阶微波光子滤波器Q值的有效方法。结论表明提高微波光子滤波器传输函数中的阶数可以提高Q值,并且通过合理设置结构参数使极点趋近于1可以大幅度的提高Q值。第三,运用信号流程图方法分析基于一阶,二阶和三阶结构的高Q值微波光子滤波器,获得了不同的结构参量对Q值的影响。结论证明了阶数的提高可以增大品质因数,但是同时会受到结构参量的限制。同时提出了一种基于光纤光栅和马赫曾德尔干涉滤波器级联的微波光子滤波器实现高Q值的方法。第四,提出了一种新型的基于光纤光栅的环状微波光子滤波器结构,并对其传输函数进行了分析。最后,提出了实现微波光子滤波器的可调谐性和负抽头系数的方法,并分析了基于光源阵列和色散光纤的可调谐微波光子滤波器以及基于电光调制器偏置电压点的负抽头系数平坦微波光子滤波器特性。结果表明增大光源的个数可以提高微波光子滤波器的自由频程FSR （Free Spectrum Range）;通过合理设置耦合系数κ和增益g的关系可以使微波光子滤波器达到很好的平坦效果。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 微波光子技术
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究背景和意义
• 1.4 本文主要工作
• 2 基于光纤光栅的微波光子滤波器
• 2.1 光纤光栅理论特性
• 2.1.1 理论模型
• 2.1.2 均匀光纤光栅的反射谱特性
• 2.2 微波光子滤波器原理
• 2.3 基于光纤光栅的微波光子滤波器结构设计
• 2.4 本章小结
• 3 基于光纤光栅的微波光子滤波器品质因数分析
• 3.1 一阶结构的微波光子滤波器品质因数
• 3.1.1 品质因数定义
• 3.1.2 品质因数分析
• 3.2 高阶结构的微波光子滤波器品质因数
• 3.2.1 影响因素
• 3.2.2 基于光纤光栅环的二阶微波光子滤波器
• 3.2.3 基于光纤环延迟线和光栅的三阶微波光子滤波器
• 3.2.4 三种微波光子滤波器性能比较
• 3.3 基于级联结构的微波光子滤波器
• 3.3.1 基于光纤光栅和MZI级联的高Q值微波光子滤波器
• 3.3.2 基于多个光纤光栅共振腔横向微波光子滤波器
• 3.4 微波光子滤波器新结构的提出
• 3.5 本章小结
• 4 微波光子滤波器改进设计
• 4.1 可调谐微波光子滤波器
• 4.1.1 可调谐实现方法
• 4.1.2 利用光源阵列和色散光纤实现可调谐理论分析
• 4.2 平坦负系数微波光子滤波器
• 4.2.1 负抽头实现方法
• 4.2.2 利用电光调制器实现负抽头理论分析
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集