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滤波器的设计PPT讲解

滤波器的设计PPT讲解

3.带通滤波器
功能：让有限带宽（ wL w wH ）内的交流信号 顺利通过，让频率范围之外的交流信号受到衰减。
wL ——下限频率， wH ——上限频率，
带宽：Bw wH wL
中心角频率：
w0 wn wH wL
A0 s n / 2 带通滤波器传递函数的一般表达式为： A((s) D( s )
A0 为常数， D ( s ) 为多项式， s
jw
A((s ) 的零点在 w 处。 二阶低通滤波器传递 2 A w 0 n 函数的典型表达式为： A( s) wn 2 2 s s wn wn 为特征角频率，Q 为等效品质因数。 Q
2.高通滤波器（HPF） 让高于截止频率 wc 的高频信号通过， 而对从0到阻带频率 ws 的低频频率受到衰减。
三、参数
3、阻尼系数与品质因数
– 阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用， 是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。 –阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器 频率选择特性的一个重要指标，Q= w0/△w。式中的△w为 带通或带阻滤波器的3dB带宽， w0为中心频率。
4、灵敏度
–滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影 响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x 变化的灵敏度记作Sxy，定义为： Sxy=(dy/y)/(dx/x)。 –该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该 灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。
A0 A( S ) n S an1 S n1 a1 S a0
多项式系数 an1 , a1 , a0 可根据不同的 次n查表得到 。
和阶
3. 贝赛尔滤波器：

F-P可调谐滤波器

F-P可调谐滤波器

DSP系统构成的 驱动和采集电路
光电探测器 I∕V转换电路
放大、滤波电路
37
F-P滤波器在传感解调中的应用
本方法总结：
基于光纤F - P滤波器的FBG传感解调系统不仅具有体 积小、价格低、光能利用率高、操作简单等优势,而且 可以直接输出对应于波长变化的电信号,实现准确的多 点同时测量,因此是目前最具发展前景且实用性较好的 解调方法。随着研究的不断深入,光纤光栅解调系统会 向着实用性更强的方向发展。该解调方案还有待于进 一步完善来提高其解调精度和速度以达到更好的解调 效果。
29
液晶光调谐滤波器
当3Uth < U 时，指向矢方向与外加电场方向基本平行， 液晶F-P滤波器光学特性与偏振无关，此时o 光e 光有相 同的谐振波长.
此滤波器可用作WDMA 光网络系统中的信号解调器， 可调谐激光器中的调谐元件，还可以用于光谱成像系 统中进行目标识别。
30
波导FP 滤波器
在抛光后的波导两端镀上高反膜，通过在波导上加电压由电光 效应来调节滤波器的中心波长。由于它利用的是电光效应，调 节速度可达至ns级。
32
可调谐滤波器性能比较
33
可调谐F-P滤波器的应用
在可调谐光滤波器的众多技术方案中，目前商用化的可调 谐滤波器主要基于三种技术：光纤FP技术(Micron Optics 公司)，MEMS-FP技术(NP Photonics公司)和线性可变滤波 片LVF技术(Santec公司等)，国内尚无产品推出，基本依赖 进口。
纤集成，光谱分辨率较高，条纹细度极高 结构灵活，成本低，可做成不同结构来满足各种自由
光谱区的需求
6
F-P干涉仪的结构和工作原理
利用两个平行放置的介质平板构成一个平-平腔，介质 板内表面镀高反射膜，形成两个反射镜面。

FP可调谐滤波器PPT课件

FP可调谐滤波器PPT课件

精细度只和F-P腔镜的反射率R有关系，反射率R越大，精细
度越高。
第17页/共47页
17
影响F-P滤波器性能的因素
由上可知，理想的F-P滤波器的性能取决于F-P 腔的光学长度和腔镜的反射率
实际的FP滤波器中，对反射镜平板的平行度、 粗糙度和反射镜薄膜表面的缺陷控制都要求非 常高，因为这些误差都会造成光线的散射等， 从而降低FP滤波器的性能。
考虑吸收损耗：
A2 T (1 ) max 1 R 其 中 A 为 两 侧 膜 的 吸 收 散 射 损 耗 ， R 为 膜 的 反 射 率
第16页/共47页
16
F-P腔的参数
精细度（ F R ）
它的定义为自由光谱
范围和半通带宽度的 精
细
比值：
度
FR
1
R R
它表征了器件的分辨能力。
端面反射率
精细度越高，F-P滤波器的滤波特性就越好。在理想情况下，
第4页/共47页
4
可调谐F-P滤波器的优点
第5页/共47页
5
F-P干涉仪的结构和工作原理
第6页/共47页
6
平行平板多光束干涉位相差
T 2 n AB n1 DF 2 nd cos i' 2 d n 2 n 2 sin 2 i ' 2 d n 2 n12 sin 2 i
相邻两束透射光之间的光程差 对应的位相差
第9页/共47页
9
多光束干涉的强度分 布
透射场
反射场
ρ越大， 亮纹越锐
第10页/共47页
ρ越大， 暗纹越锐
10
多光束干涉的衬比度
• 衬比度
IM Im
IM Im
衬 比

MPF微波光子学滤波器详解 PPT课件

MPF微波光子学滤波器详解 PPT课件
T = Δλ ⋅LD
图 基于 AWG 的 FIR 方案
如果在AWG之间引入开关阵列和衰减器阵列，就可以实现频率 间隔以及分路加权系数的可调，从而实现延时T的调谐和滤波器的重 构。
IIR滤波器实现高Q
与FIR的单向结构不同，IIR滤波器需要引入递归，一般采用反射腔和 环腔结构来实现。调制后的信号光经过反馈腔，一部分在腔内不断的反馈 实现延时，一部分输出到探测器端，不同分路之间的延时由信号光在反馈 腔行进一周需要的时间决定。目前已报道的利用单个FBG的环腔结构来实 现高Q值IIR滤波器的方案，能实现Q值为200的滤波器。
微波光子系统主要功能有利用光子技术产生、处理、控制、分配 微波和毫米波信号。近年来主要的研究方向有微波和毫米波信号的光 子发生，微波和毫米波信号光子处理，光控相位阵列天线，光载无线 系统以及光子模数转换。
本人主要研究高性能微波光子滤波器实现技术。
为什么要用MPF取代传统射频滤波器呢？
对模数转换分辨率要求很高 只能实现特定频段微波信号的滤波功能
MPF的概 念
微波光子滤波器（MPF,Microwave Photonic Filter), 也称光子微波滤波器,是在全光域上实现微波信号处理的典 型技术之一。它借助现有的微波光子技术及相应的光学器 件搭建光学系统,允许特定频率微波信号通过的同时,抑制其 它频率的微波信号,进而实现微波信号的滤波处理。
影响MPF的主要性能参 数
微波光子学滤波器有着独有的优势，但是要想将它应用在实际当中， 还必须克服一系列潜在的限制，主要表现为以下几个方面：
1．自由频谱范围(FSR) 滤波器的自由频谱范围(FSR)就是传输函数响应的频谱周期，是由滤波
器延迟线模块所产生的延迟时间T来决定的，FSR的可以表示为： FSR=1/T

《FP腔的调节》课件

《FP腔的调节》课件

FP腔长度调节
固定镜子位置的方法
通过加入或移除一个补偿板，改变FP腔的长度。
移动镜子位置的方法
使用压电陶瓷通过变形来调整FP腔的长度，以提 高调节的精度和速度。
温度控制
对FP腔长度的影响
FP腔长度受FP腔内空气折射率的影响而改变，而气体折射率又与温度密切相关。
温度控制方法及实现
常用的方法包括热电偶和热水控制，使FP腔的温度保持恒定，从而控制FP腔的长度。
FP腔调节：让激光更精确
调节FP腔是激光器和光谱仪中的常见任务。无论你是初学者还是专家，本课 程的PPT课件都将帮助你理解FP腔的作用和调节方法。
什么是FP腔？
FP腔的定义
FP腔是由半透反射镜和完全反射镜组成的 Resonator，可以增强激光信号。
FP腔的构造
完全反射镜可以反射全部光线，但半透镜只反射 部分光线，这构成了FP腔的基本结构。
FP腔的作用
增广显色效应
FP腔可以使窄光带通过多次反射而拓宽，从而产生显色的效应。
精准测量光谱
FP腔可用于精确测量激光的频率和波长，因此在光谱学中有广泛应用。
镜子位置调节
1
垂直调节
通过调节FP腔中的半透反射镜相对于完全反射镜的垂直位置以调节信号强度和频率。
2
水平调节
通过调节FP腔中的两个完全反射镜的水平位置，以最大化增广效应和最小化失谐。
调节注意事项
1
温度与失谐的关系
2
FP腔的气体折射率随温度变化而变化，
从而导致发射波长的失谐，需要注意
控制温度。
3
稳定性问题
FP腔对体振动、温度波动等环境因素 敏感，需要采取措施以保证系统稳定 性。
光纤偏振状态的影响

滤波器原理与结构课件

滤波器原理与结构课件
高通滤波器
允许高频分量通过，抑制低频分量，常用于边缘检测。
CHAPTER
滤波器结构
一阶滤波器
简单一阶滤波器
由电阻、电容和电感元件组成，用于抑制高频噪声。
压控一阶滤波器
通过反馈控制电压的变化，以实现对输出信号的稳定。
二阶滤波器
简单பைடு நூலகம்阶滤波器 压控二阶滤波器
高阶滤波器
高阶RC滤波器
由多个电阻、电容元件组成，具有更高 的频率选择性，常用于高速信号处理。
在声音处理中的应用
去除噪声
在声音处理中，滤波器可以通过 抑制特定频率范围的噪声，提高 声音的信噪比，实现声音的清晰
处理。
音色处理
滤波器也可以用于对声音的音色 进行处理，通过对声音的频率和 振幅进行调节，实现声音的变调、
均衡等处理。
声音压缩
滤波器还可以用于声音的压缩， 通过对声音信号的频谱分析，实 现声音的压缩和编码，便于存储
和传输。
CHAPTER
滤波器展望与未来发展
现有滤波器的不足和改进方向
不足
改进方向
新型滤波器的研发与进展
研发
进展
滤波器在未来的发展趋势和应用前景
要点一
发展趋势
要点二
应用前景
随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，滤波器将会 向更高端、更复杂、更智能的方向发展。同时，随着物联 网、5G等技术的普及，滤波器的应用领域也将更加广泛。
VS
高阶LC滤波器
由多个线圈、电容元件组成，具有更高的 频率选择性，常用于高频信号处理。
滤波器的组合结构
串联滤波器
并联滤波器
CHAPTER
滤波器设计
滤波器设计的基本步骤
确定系统函数

滤波器基本知识介绍讲解28页PPT

滤波器基本知识介绍讲解
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！

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滤波器基本知识介绍演示幻灯片PPT共28页


26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
滤波器内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
▪
谢谢！
28

F-P可调谐滤波器

相邻两个透射光束 的相位差则不再为 恒定值，透射光束 数目减少
a=0 a=1mrad a=5mrad
20
影响F-P滤波器性能的因素
腔内损耗对F-P滤波器性能影响
精 细
0.2%
0.01%
峰 值
0.01%
度
透
过
率
0.2%
1% 2%
镜面透过率
21
可调谐F-P滤波器原理
m

2nL cos
m
利用机械、压电、电光和热效应来实现中心波长调制。
22
可调谐F-P滤波器的分类
腔长调谐
FP体滤波器 光纤型FP
TFP
角度调谐
MEMS FP
波器（Bulk Filter）
逆压电效应（电致伸缩效应）：在外电场作用下压电 体会产生形变
Et3 r 4a1 exp( j2 )

Et2 r 2(k1)a1 exp( j(k 1))
定域面上合振幅
ET


Etk
k 1

a1
1 r 2 exp(
j )
9
多光束干涉的强度分布
干涉场强度
IT

ET
ET
1 2r2
a12
cos
r4
I1 a12
2
FSR 2nLC
增加FSR范围有两种方法:
减小腔长。
一，减小腔内介质的折射率n 二，
15
F-P腔的参数
通带半宽度(FWHM) 透射率强度为峰值一 半的两个点对应的波 长差叫通带半宽度， 可以用来表征条纹的 锐度，也称为3dB带 宽。
2 1 R FSR 2nLC R FR

FP 光学滤波器 ppt课件

第九章 光学滤波器
PPT课件
1
光滤波器
光滤波器：在光纤通信系统中，只允许一 定波长的光信号通过的器件。 光滤波器可分为固定的和可调谐的两种。 固定滤波器允许一个固定的、预先确定的 波长通过，而可调谐的滤波器可动态地选 择波长。
PPT课件
2
Fabry-Perot滤波器
PPT课件
3
F-P 滤波器特性
场强：Pout,1=sin2(1L/2)Pin,1+cos2(2L/2)Pin,2 Pout,2=cos2(1L/2)Pin,1+sin2(2L/2)Pin,2
注:交叉项频率是光载波频率的两倍,在光检测器的响应能力之外,因而去除.
欲将1和2复用到输出端口2，则1L/2=及2L/2=/2 ，
Eout
,
2


M
Ein,1

Ein
,
2

Eout,1 Eout,2
M

M coupler
M
M coupler

M11 M 21
M12
M
22


sin(L / 2) jcos(L / 2)
cos(L / 2) sin(L / 2)
L1 MZI1
L2 MZI2
1 3 2 4
L3 MZI3ຫໍສະໝຸດ AB C 1 2 3 4 D
L1 L2 2neff (Lc22) necff L3
c
2neff
2L1
PPT课件
27
1 1 j
M coupler 2 j PPT课件 1
23
利用传输矩阵进行分析(2)
• 中心区域，两个波导的输出具有的相位差：
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1
21
2
能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射 中--反射式滤波器FBG
FBG:
length
Period
反射中 2neff 光栅
心波长
周期
纤芯的有效折射率
根据不同的折射率分布，FBG分类：
1. 均匀的Bragg光栅：
谐振峰两边有一些旁瓣。 由于光纤光栅两端折射率突变引起F-P效应导致的。 旁瓣分散了光能量，不利于其应用，需进行旁瓣抑制。
• 光纤光栅最显著的优点是插入损耗低，结构简单，
光纤光栅的产生
(1) 干涉法 干涉法是利用双光束干涉原理，将一束紫 外光分成两束平行光，并在光纤外形成干 涉场，调节两干涉臂长，使得形成的干涉 条纹周期满足制作光纤光栅的要求。
(2) 相位掩膜板法 相位掩膜板法，是利用预先制作的膜板， 当紫外光通过相位板时产生干涉，从而在 光纤圆柱面形成干涉场，将光栅写入光纤。
F-P 滤波器特性
• 自由谱区FSR(Free Spectral Range)：相邻两个谐振 频率的间距。 FSR=C/2nd n-中间介质折射率；d-腔长
• 3dB带宽F：传输系数的数值降为最大值的一半应的 频带宽度。 F C(1 R) R越大， F越窄
2dn R
• 精细度F(Finesse)：自由谱区与3dB带宽之比。
相移
Mach-Zehnder型滤波器
对输入信号 进行分路的 3dB耦合器
长度相差L的两根波 导，用来在两臂间产 生与波长有关的相移
在输出端将 信号复合的 3dB耦合器
通过分裂输入光束以及在一条通路上引进一个相移，重组 的信号将在一个输出端产生相加性干涉，而在另一个输出 端产生相消性干涉，信号最后只会在一个输出端口出现。
•在DWDM中，信道间 距小于1nm，所以要求 F-P腔有较窄的带宽F。
Pout(f) (c)
P1 P2 P3
…………. PN
f1 f2 f3 …………. fN F-P滤波器的传输特性
精细度F要高 级联F-P腔
(a)传输函数 (b)N个信道经波分复用后加到 滤波器输入端的频谱图 (c)滤波器输出端
多层介质膜滤波器
工作原理
0
0
/2
/2 /2 0
0
L
/2 + L + /2
从端口1输出的光： 途径下臂的光相对上臂的相位差为/2 + L + /2
0
0
/2
/2 /2 /2
0
L
/2 + L
从端口2输出的光： 途径下臂的光相对上臂的相位差为/2 + L - /2
：传播常数
如果在输入端的波长
满足L = k (k为奇)
两个支路的光在上输 出端口相差2的整数 倍，在下端口的光相 差的整数倍，因此， 光最终从上端口输出
入射光 反射光
折射率
4
高
低
高
低
高
透射光
滤波器1 滤波器2
1, 2, 3
2, 3
3
1
2
介质薄膜滤波器
用介质薄膜滤波器构成解 复用器
• 介质薄膜光滤波器解复用器利用光的干涉效应选择波长。连续反 射光在前表面相长干涉复合，在一定的波长范围内产生高能量的 反射光束，在这一范围之外，则反射很小。
• 这样通过多层介质膜的干涉，通过某一波长，阻止其它波长。
F FSR R
F 1 R
R越大，精细度越大。
Frequency F
高反射率窄带滤波器
FSR＝C/2nd
F FSR R
F 1 R
传输函数
(f)
(a)
输入功率
Pin(f) (b)
FSR
输出功率 f1 f2 f3 …………. fN
DWDM系统对F-P滤波 器参数的要求：
•F-P腔的自由谱区FSR 必须大于多信道复用信 号的频谱宽度，以免使 信号重叠，造成混乱。
这样的反射后，透射光强度将很小，而反射系 数将达到 1。
薄膜多共振腔滤波器
传输特性： 腔越多滤波器顶越平
边缘越陡
光纤光栅
• 光纤光栅是近几年发展最为迅速的一种光纤无源 器件。
• 它是利用光纤中的光敏性而制成的。 • 光敏性是指当外界入射的紫外光照射到纤芯中掺
锗的光纤时，光纤的折射率将随光强而发生永久 性改变。 • 人们利用这种效应可在几厘米之内写入折射率分
2. 切趾型光栅： 两端折射率分布逐渐递减至零，消除了折射率突 变，从而使反射谱不存在旁瓣
高斯切趾
平均值为零 的升余弦切
趾
3. 啁啾光栅：
折射率调制幅度不变，而周期沿光栅轴向变化， 反射谱宽增加
长波长
短波长
4. 取样光栅Sampled gratings：梳状滤波器 5. 相移光栅Phase-shifted FBGs:
第九章 光学滤波器
光滤波器
光滤波器：在光纤通信系统中，只允许一 定波长的光信号通过的器件。 光滤波器可分为固定的和可调谐的两种。 固定滤波器允许一个固定的、预先确定的 波长通过，而可调谐的滤波器可动态地选 择波长。
Fabry-Perot滤波器
基本原理：F-P干涉仪， 平行平板的多光束干涉。
当入射光波的波长为腔长 的整数倍时， 光波可 形成稳定振荡， 输出 光波之间会产生多光束 干涉， 最后输出等间 隔的梳状波形（对应的 滤波曲线为梳状）。
• 长度为d的耦合器的传输矩阵Mcoupler为：
cosCd j sin Cd
M coupler
j
sin
Cd
cosCd
C为耦合系数 • 对于平分功率的3dB耦合器，Cd=/4：
如果在输入端的波长
满足L = k (k为耦)
那么光信号由下输出 端口输出
因此不同的波长可以 解复用到不同输出端
Input 1
Output 1 /2+L+ /2= L+ Output 2 /2+L- /2= L
L=2neff L /=k
k为奇数 k为偶数
Output 1 Output 2
利用传输矩阵进行分析(1)
外部写入法
紫外掩模写入法： 1. 用两束紫外光照射光纤并发生干涉 2. 掺锗的高光敏纤芯在光强部分折射率增加 3. 光栅永久写入光纤
光纤光栅工作原理
• 对于同向传输的两个波，如果传播常数满足Bragg条 件，两波之间将发生能量的耦合。
• Bragg条件：
1 2
2
• 特别地，如果满足
光பைடு நூலகம்周期
1
多层介质膜工作原理
入射光
A 反 射 光CB
1 / 4
n1
1
2 /4
n2
透射光
2
n2 > n1 n1 n 2
透射光
1
2
(a)对反射光相长干涉的原理
反1
射
系
数 0
o
(nm)
330 550 770
(b) 反射系数与波长的关系
• 所有从前后相挨的两个界面上反射的波都具有 相长干涉的特性(相位差为180度)，经过几层