基于级联微环的微波光子滤波器研究文献综述

 2023-08-05 06:08

文献综述(或调研报告):1. 微波光子滤波器简介及原理

微波光子滤波器的一般系统架构包括四个基本功能部分,光源,电光调制,光信号处理和光学检测[1]。首先使用激光二极管作为光源,矢量网络分析仪(VNA)产生的扫频RF信号对光源信号进行调制,再通过设计的滤波器进行处理,最后由光电探测器(PD)还原成电信号由矢量网络分析仪得到滤波频谱。

电光调制器的最新进展不仅允许在光波上调制高达100 GHz 频率,而且还可以灵活配置诸如双边带(DSB),非对称边带(ASB),单边带(SSB),光载波抑制(SC)等[1]

大多数微波光子滤波器都是基于相位调制方案[2],即通过相位调制器对光源信号进行相位调制,此时的光信号会在载波频率两边形成一系列的边带,边带频率与载波频率相差调制频率的整数倍,并且两边的边带频率分别相对应保持幅度相等相位相反。这样的信号直接输入PD并不能恢复调制信号,因为等大反向的信号会相互抵消。为了得到调制信号,需要将相位调制转换成强度调制,则必须要打破各边带之间相位或幅度的平衡关系[3]

2. 微波光子滤波器分类

微波光子滤波器(MPF)从原理上可以分成两类,分别是非相干滤波器和相干滤波器。非相干MPF依赖于光场的强度求和,要求相干时间远小于滤波器中的时间延迟,由于光强度始终为正值,它只能实现正滤波器系数,并且始终具有低通特性。相干MPF取决于相干场求和,要求光源的相干时间必须大于滤波器中最长的延迟时间,对于通过分立元件难于实现所需相位特性,而集成光子学的进步为实现相干MPF创造了条件[4]

在非相干滤波器中,光路在时域中对信号进行加权采样,并使用色散介质或光延迟线使信号产生延迟[1]。根据脉冲响应序列中的样本数N,如果Nlt;infin;,则可以将其分类为有限脉冲响应(FIR)滤波器,如果N→infin;,则可以将其分类为无限脉冲响应(IIR)滤波器[5]。例如Jia Ge等人[6]使用色散补偿光纤(DCF)对多抽头信号产生时间延迟,并事先由高斯光学滤波器加权,以构建所需的MWP滤波器响应,实现了光学梳状滤波器。尽管 FIR 结构在实现任意传递函数方面具有固有的灵活性,但它呈现了多个谐波通带的频谱周期性[2]

在相干滤波器中,由于环形谐振器面积小,损耗小,自由光谱范围(FSR)宽,质量高,基于平面波导的环形谐振器拓扑在各种系统中已得到突出应用[4]。许多研究者对该滤波器进行了大量的研究,并取得了一些成就。以下将列举一些成就的例子。

2.1 普通微环结构

Huaqing Qiu等人[7]使用耦合一个MRR的方法,通过优化MRR的设计,包括MRR的周长,将MRR设计为对称的分插式跑道结构,和波导与环之间的间隙,从而提高了MRR的Q因子,最终实现0.25 dB /cm的平均波导损耗,1.14E6的总Q因子,170 MHz的FWHM 带宽,26.5 dB的抑制比(RR)的带通滤波器,并且中心频率可以从2.0 GHz调整到18.4 GHz。

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