非相干微波光子滤波器及其在传感方面的应用研究

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自人类开启信息时代以来,原有的微波技术便越来越无法满足社会需求,此时恰逢光子学技术日新月异,一门同时具有光学技术与微波技术共同优势的科目——微波光子技术应运而生。作为一项前沿的技术,微波光子技术采用光学的方法产生、处理电学信号,其具有防电磁干扰、带宽大、损耗小等一系列特点,被广泛用于当代光通信、生物传感、自动驾驶等热门领域。本文首先对基于Sagnac、二阶Lyot-Sagnac以及二阶Solc-sagnac结构的非周期式微波光子滤波器的原理完成推导,并利用Matlab进行仿真并在实验中得到验证。同时,还对基于掺铒光纤放大器(EDFA)和光纤环结构的周期式微波光子滤波器在传感方面进行探索,取得了较为理想的结果,这些科研工作和结论对于今后微波光子滤波器的设计和使用具有参考意义。首先,本文从微波光子技术的概念开始论述,分析了典型微波光子技术的原理框架,并根据系统的不同组成部分分别论述了其研究历程,讨论了当前微波光子技术的几个重要的研究方向和应用。接着,本文介绍了微波光子滤波器的构成原理及其分类,总结不同种类的微波光子滤波器的特性,并结合实际需求,归纳当前滤波器的重要研究方向。然后,本文探究了基于Sagnac的非周期式非相干微波光子滤波器,以Sagnac结构为基础进行拓展,对二阶Lyot-Sagnac光谱分割结构以及二阶Solc-Sagnac光谱分割结构进行仿真分析,得到透射与反射的输出光谱。根据仿真分析结果,提出基于二阶Lyot-Sagnac结构的微波光子滤波器,实验证明该系统可以有效地改善滤波通带的信号隔离度;提出基于二阶Solc-Sagnac结构的微波光子滤波器,实验证明该系统能够灵活切换通带;此外,采用该方案还可调节滤波器的通带数目,根据不同长度组合,分别能够实现单通带、双通带以及多通带响应。随后,本文对基于光纤环的周期式非相干微波光子滤波器进行探究。通过Matlab进行仿真模拟,分析影响其通带表现的要素,提出优化方案并通过实验验证,利用优化后的方案——基于光纤环和EDFA的微波光子滤波器进行温度传感,实验结果显示,采用优化的结构能够大大提高传感的分辨率。最后,对于本文的主要科研结果进行概括,表明方案的局限性,并且提出接下来的研究目标。
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