光纤光栅在微波光子滤波器中的应用

利用FBG构成微波光子滤波器的结构非常灵活。根据FBG不同的应用方式可分为FBG阵列、特殊结构的FBG、FBG对、啁啾光纤光栅环等结构。

2.1、利用FBG阵列^[9]

图3为一种利用FBG阵列构成的微波光子滤波器的结构。可调谐激光器的输出光被RF信号外调制后由光纤分光器送入到FBG阵列中，在每一路中，光载RF信号被FBG阵列分割成与FBG数目相同的光束，所有的反射信号经过不同的延时均通过光纤环行器注入到光纤耦合器中，耦合器输出的信号再由PD进行检测。

图3 FBG阵列构成的微波光子滤波器的结构

该结构的优点是通过改变可调谐激光器的波长可以选择工作的光纤光栅，因此其频率响应可以很容易地实现调谐，是一种可调谐的带通滤波器。但这种滤波器除了精度不易控制以外，要想得到更大的调谐范围，就需要增加FBG的个数，因此结构比较复杂。

2.2、利用特殊结构的FBG

随着FBG的发展，各种特殊结构的FBG相继问世，图4为利用超结构FBG构成的微波光子滤波器的结构^[10]。超结构FBG的折射率调制是周期性间断的，其反射谱是一组分立的反射峰。如果在 FBG间加入色散介质，则不同的峰将会经历不同的 时延，相当于光经过一系列不同波长不同反射率的 光纤光栅后产生一系列的光抽头。

图4 利用超结构FBG构成的微波光子滤波器的结构

利用超结构FBG构成的微波光子滤波器，可实现带通响应，且结构简单，但其难点在于超结构FBG的制作非常复杂，为保证FBG的反射峰幅度以中心波长对称分布，其制作工艺非常严格。

2.3、利用FBG和掺铒光纤^[11]

图5为利用FBG和掺铒光纤的高Q值带通微波光子滤波器的结构。其中，FBG1的反射率为50%，FBG2的反射率为100%，调制光通过耦合器进入到FBG对中，其中一半信号被FBG1反射回来，另一半经过掺铒光纤的放大后被FBG2全部反射到FBG对中，通过掺铒光纤放大后再次进入到FBG1中，FBG1又耦合近一半的信号输出，而被FBG1再次反射的另一半的信号再次经过上述的过程，这样信号被FBG对向前向后不断地反射和延时形成了脉冲响应的大量抽头，并且不同抽头之间的延时都是相同的。该结构在FBG对中引入了掺铒光纤从而实现了高Q值，但掺铒光纤的长度受到一定限制，该滤波器不能实现可调谐性。

图5 利用FBG和掺铒光纤的高Q值带通微波光子滤波器的结构

2.4、利用啁啾光纤光栅环^[12-13]

中国浙江大学的研究人员根据FBG的特性提出了两种新颖的滤波结构:可调谐无限脉冲响应（IIR）滤波器和可调谐陷波滤波器。它们都基于啁啾光纤光栅（CFBG）环，其FSR可通过改变光载波波长实现连续调谐。