近年来，可重构频谱处理器一直是射频信号处理领域的研究热点和热点。以微波光子滤波器（MPF）为代表的光子辅助方案以其低损耗、抗电磁干扰能力强、快速可调谐和可重构等优异性能受到广泛关注。MPF通常可以通过具有延迟线结构的非相干方案来实现，或者通过将光学滤波器响应转换为无线电频率（RF）响应的相干方案来实现。然而，这些MPF通常被设计为执行特定功能，例如单通带滤波器或单陷波滤波器。最近，无线系统和卫星通信不断增长的需求促使研究人员设计多功能滤波器。在所提出的频谱处理器中，光学频率梳（OFC）提供的足够抽头提供了大的瞬时带宽来处理宽带射频信号。这篇文章提出了一种基于OFC的大带宽RF信号光谱处理器。通过窄带Fabry-Perot（FP）滤波器，将宽带输入RF信号切片成多个窄频谱。由于大量的光学频率梳线，可以获得大量的切片，并通过光谱整形器（OSS）重新塑造，从而使光谱处理器具有任意形状响应和可重构相位响应。在实验中，研究人员展示了具有可扩展带宽、可调中心频率和可重构形状的处理器。

研究者首先利用光学频率梳产生一系列光学频率线，然后通过光纤光栅滤波器对这些光学频率线进行滤波，得到不同频率的光学信号。接下来，利用光学开关和光学可调幅度器，对这些光学信号进行加权和相位调控，最后将加权和调相后的光学信号与原始RF信号进行混频，实现对RF信号频谱响应的重构。通过这种方法，本研究解决了RF信号频谱处理中的几个关键问题。首先，研究实现了对频谱响应的任意形状配置，通过调节光学频率梳的加权和相位控制，可以实现各种形状的频谱响应，如平顶响应、高斯响应、双通带响应等。其次，研究实现了对频谱响应的中心频率可调，通过调节光学频率梳的位置，可以实现频谱响应的中心频率在RF信号频谱中的灵活移动。此外，研究还实现了对频谱响应的相位可重构，通过逐个调控光学频率线的相位，可以实现一阶、二阶和三阶非线性相位响应。

该研究通过光学频率梳和光纤光栅滤波器的组合应用，实现了对RF信号频谱响应的高分辨率、灵活配置和调整，解决了RF信号频谱处理中的关键问题。

图 1  光谱处理器的原理。 OFC：光学频率梳； LO支路：本振支路。

图2 光谱处理器的实验装置。 CW激光器：连续波激光器； PM：相位调制器； MZM：马赫-曾德尔调制器； I/Q调制器：同相/正交调制器； FPF：法布里-珀罗滤波器； OSS：光谱整形器； BPD：平衡光电探测器； VNA：矢量网络分析仪。

图5  (a) 频谱处理器的可扩展带宽和 (b) 可调谐中心频率。从图5（b）可以清楚地看出，通过控制光抽头系数可以灵活地调节响应的中心频率。

图 6  光谱处理器的可重构形状。 (a) 凹口轮廓梳和相应的凹口形状响应。 (b) 高斯轮廓梳和相应的高斯形状响应。 (c) 双通带轮廓梳和相应的双通带形状响应。 (d) 单通带轮廓梳和相应的单通带形状响应。

图 7  可重新配置的相位响应结果。 (a) 一阶线性相位响应及其幅度响应。 (b) 二阶非线性相位响应及其幅度响应。 (c) 三阶非线性相位响应及其幅度响应。结果显示，任意形状的响应和可重构相位响应有助于光谱处理器出色的可重构性。

文献来源：Zikai Yin , Feifei Yin , Guchang Chen ,et al.High-resolution reconfigurable RF signal spectral processor.Optics Express,2023,31(18):29145-29155.https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-18-29145&id=536541