【摘 要】
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微波光子学是一门融合微波域技术与光域技术的交叉学科,通过在光域实现信号产生、传输和处理等功能,可以在带宽、损耗、体积、重量、调谐性、重构性等多方面提升微波系统性能,是突破“电子瓶颈”困境的有力手段。微波光子滤波器作为微波光子学的一个重要研究分支,在通信、传感、军事和安全等领域拥有广泛的应用。随着第五代移动通信（5G）技术的发展、万物互联时代的到来,在诸如光纤无线接入网等新兴应用场景中,微波光子学面
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微波光子学是一门融合微波域技术与光域技术的交叉学科,通过在光域实现信号产生、传输和处理等功能,可以在带宽、损耗、体积、重量、调谐性、重构性等多方面提升微波系统性能,是突破“电子瓶颈”困境的有力手段。微波光子滤波器作为微波光子学的一个重要研究分支,在通信、传感、军事和安全等领域拥有广泛的应用。随着第五代移动通信（5G）技术的发展、万物互联时代的到来,在诸如光纤无线接入网等新兴应用场景中,微波光子学面临的主要挑战之一是在确保大工作带宽、低传输损耗、良好的可调谐性和可重构性的同时,减小系统尺寸、重量和功耗。空分复用（SDM）技术作为利用空间维度实现信道复用的一项新型技术,已经在光纤通信和光纤传感领域得到了深入的探索和研究,而在微波光子领域却依然存在巨大的研究空间。本论文围绕基于多芯光纤空分复用技术的微波光子滤波器展开研究,通过结合光纤微结构处理技术、光栅刻写技术、非线性光学技术、新型全光纤结构制备技术等多种光学技术与原理,提出了多种新型微波光子滤波器系统,本论文主要的研究成果和创新点如下:（1）基于同质多芯光纤拉锥结构和自研的多芯光纤复用/解复用器件,提出了级联式和并联式无限冲激响应微波光子滤波器（IIR-MPF）系统。两种IIR-MPF的Q值相较于单个滤波器分别从43、68提升至143,以及从32、37提升至136。通过改变多芯光纤拉锥结构的几何参数和多芯光纤的纤芯数量可以对IIR-MPF的滤波性能进行调控,使用多芯光纤的更多纤芯来构建多层级联式或并联式IIR-MPF将进一步提升滤波器的Q值。（2）基于多芯光纤长周期光栅提出了在波长维度和空间维度可重构的有限冲激响应微波光子滤波器（FIR-MPF）系统。对于波长维度可重构FIR-MPF系统,根据多芯光纤长周期光栅的波长相关特性,通过选择不同的输入纤芯及相应的工作波长,来改变纤芯之间的耦合功率;对于空间维度可重构FIR-MPF系统,通过对多芯光纤长周期光栅进行定向弯曲,即产生不同的弯曲曲率和弯曲方向,来实现光信号在不同空间信道之间的转换。（3）基于半导体光放大器-非线性光学环形镜（SOA-NOLM）结构和多芯光纤长周期光栅,提出了一种快速可重构FIR-MPF系统。SOA-NOLM子系统作为全光开关,通过控制泵浦光脉冲可在两个输出端口实现快速信号切换,消光比超过16 d B,其切换上升和下降时间分别为3.4 ns和3 ns。同时结合多芯光纤长周期光栅在不同输入纤芯的条件下,各输出纤芯具有不同的功率耦合特性,实现了带外抑制比均超过38 d B的可重构两抽头微波光子滤波器。（4）基于多芯-多模-多芯光纤的全光纤型多模干涉结构,提出了在波长维度和空间维度可重构的七抽头微波光子滤波器。该全光纤型多模干涉结构形成的功率分布对应于不同空间位置处各路抽头信号的抽头系数,其可在波长和空间两个维度同时进行调控。同时提出了一种基于全连接神经网络的算法来实现对目标幅频响应曲线进行对应的系统工作波长及空间输入纤芯的预测,测试结果表明该全连接神经网络具有较高的预测准确率,并具有良好的泛化能力。
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