由于在微波/毫米波光纖系統(tǒng)中潛在的應(yīng)用價(jià)值，光域上的微波信號(hào)處理技術(shù)引起了眾多研究者的興趣。比起傳統(tǒng)的電子微波濾波器，微波光子濾波器有著電磁環(huán)境兼容性、體積小、重量輕和較寬的工作帶寬等。鑒于光纖光柵（FBG）能以靈巧的方式構(gòu)建微波光子濾波器，近年提出了許多基于FBG的微波光子濾波器結(jié)構(gòu)，如不平衡馬赫-澤德（MZ）結(jié)構(gòu)、基于寬帶光源和FBG陣列的結(jié)構(gòu)、采用超結(jié)構(gòu)光柵和寬帶光源的結(jié)構(gòu)、采用FBG對(duì)的結(jié)構(gòu)、基于可調(diào)諧激光器和FBG的結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制差分延遲線的可調(diào)濾波結(jié)構(gòu)等^[1～3]。

本文設(shè)計(jì)了2種新穎的濾波結(jié)構(gòu)—可調(diào)諧IIR濾波器和可調(diào)諧陷波濾波器，它們都基于光纖環(huán)和啁啾光纖光柵（FBGs），其自由頻程（FSR）可通過改變輸入光載波的波長而實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。

1、原理和結(jié)構(gòu)

基于耦合器和光纖環(huán)的IIR微波光子濾波器已有報(bào)道。在這種結(jié)構(gòu)的濾波器中，如果加入一段摻鉺光纖在光纖環(huán)中（當(dāng)然還需泵浦光源），可實(shí)現(xiàn)有源的高Q值濾波器^[4]。然而，由于環(huán)中的光纖長是固定的，這種IIR結(jié)構(gòu)的濾波器難以實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。圖1給出了我們?cè)O(shè)計(jì)的可調(diào)諧IIR濾波器結(jié)構(gòu)。如圖所示，網(wǎng)絡(luò)分析儀輸出的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)MZ電光調(diào)制器，將來自可調(diào)激光器的光信號(hào)調(diào)制，然后調(diào)制器輸出的光信號(hào)射入3dB耦合器，耦合器的1個(gè)輸入端和輸出端通過光纖連接構(gòu)成光纖環(huán)。為實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧，在光纖環(huán)中置入一3端口環(huán)形器，在環(huán)形器的另一端連上已串接好若干個(gè)不同工作波長光柵的光纖。這樣，由于FBG對(duì)特定波長的反射能力，通過改變輸入光的波長，光信號(hào)在光纖環(huán)中走的距離是不一樣的，因而濾波器的FSR也相應(yīng)的改變。該IIR濾波器的頻響（采用3dB耦合器）可表示為

式中：f是射頻信號(hào)的頻率；n是光纖的有效折射率；L是對(duì)應(yīng)某一輸入光波長的環(huán)長；c為真空中的光速。圖2給出了理論計(jì)算得出的該IIR濾波器的頻響，曲線a、b分別對(duì)應(yīng)于耦合器的分光比是50∶50和45∶55的情形。

圖3給出了我們提出的可調(diào)諧陷波濾波器結(jié)構(gòu)。它不同于IIR結(jié)構(gòu)，光纖環(huán)是通過連接耦合器的2個(gè)輸出端構(gòu)建的。在以前的采用FBG作為抽頭器件的工作中，要實(shí)現(xiàn)二抽頭的陷波濾波器，往往需要1對(duì)FBG^[5]，而在本結(jié)構(gòu)中，只需1個(gè)FBG就可實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧，可將一串FBG放置在光纖環(huán)上。作為對(duì)以前工作的改進(jìn)，這里使用CFBGs，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的調(diào)諧^[6]。從調(diào)制器輸出的強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)光輸入3dB耦合器，從耦合器輸出2個(gè)強(qiáng)度相同的光信號(hào)，分別在光纖環(huán)中相反方向傳輸，經(jīng)對(duì)應(yīng)波長的CF-BGs后反射，這樣耦合器的另一個(gè)輸入端輸出的是兩束經(jīng)不同時(shí)延的光信號(hào)，就可實(shí)現(xiàn)陷波濾波。由于采用的是CFBGs，這個(gè)陷波濾波器的FSR就可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)。2個(gè)抽頭的光程差由相應(yīng)的CFBGs在光纖環(huán)中的位置和輸入光波長決定，該陷波濾波器的頻響為

其中，L是2個(gè)抽頭的路程差。該結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是；由于有1/2的光信號(hào)返回到原光信號(hào)的入射端，因而存在3dB的光損耗；同時(shí)，為了避免光反射進(jìn)可調(diào)諧激光器，還需在光路中放置隔離器。圖2的曲線c給出了理論計(jì)算得出的該陷波濾波器的頻響。