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基于光纤干涉仪的微波光子滤波器及其应用

陈鑫滢  
【摘要】:随着无线通信技术和信息技术的快速发展,一项集成了光电子技术和微波技术优势的新兴技术一一微波光子技术应运而生。微波光子技术在原有的微波技术基础上引入光学处理技术,利用光学方法产生、处理、控制、分配微波信号。由于其大带宽、低损耗、高传输速率、不易受电磁干扰等良好特性而被广泛应用于军事、通信网络、传感网络和卫星等众多领域。进入高速信息化时代,传统的信息技术不能满足人们对信息传输速率日益增长的需求,基于微波光子技术的光生微波技术和处理技术吸引了许多关注。本文主要研究了多种基于光纤干涉仪的微波光子滤波器以及其在光纤传感方面的应用,并从理论和实验方面讨论了其通带特性和影响因素。本文首先概述了微波光子学的基本概念、发展历程及微波光子技术的优势,并列举了当今的几大热门研究方向。接着阐述了微波光子滤波器的工作原理、分类、主要性能参数以及研究方向等。同时还介绍了可以用作光谱分割器件或时延器件的光纤干涉仪的基本原理,并介绍了光纤马赫-曾德尔干涉仪(FMZI)和光纤Sagnac干涉仪(FSI)两种典型的干涉仪,阐述其原理。接下来,本文从理论方面详细地分析了基于FMZI的单通带微波光子滤波器的基本原理,并利用仿真计算分析几个主要参数对其通带响应的影响,同时在实验中验证理论分析的结果并讨论。提出了基于改进型FMZI的双通带微波光子滤波器,从理论和实验的角度分析通带的可调谐和可切换特性。此外,还提出了基于保偏光纤Sagnac干涉仪(PMF-SI)的单通带微波光子滤波器,也从理论和实验两方面详细地分析了保偏光纤的参数等因素与滤波器频率响应的关系。随后,本文研究了两种基于光纤干涉仪的非周期性微波光子滤波器应用于光纤传感解调方面:1)提出了基于改进型FMZI的微波光子滤波器在温度和横向应力的同时传感,将温度和横向应力变化引起的光域中的光谱变化分别转换为电域中的通带响应的参数变化,表现出良好的线性关系;2)提出了一种基于PMF-SI的微波光子滤波器的温度传感系统,并通过实验验证了该方法的可行性,在测量范围、仪器限制、灵敏度等方面都具有一定优势。然后,本文研究了基于MZI的非相干周期式微波光子滤波器,以及两种改进结构,并通过理论和实验分析延时光纤长度和偏振态对该微波光子滤波器的通带响应的影响。最后,总结并梳理了本文所研究的内容,分析其存在的不足并给出解决方案。


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