一种硅基集成任意波形信号发生器制造技术

本发明专利技术公开了一种硅基集成任意波形信号发生器，激光器用于产生激光载波；偏振控制器用于控制激光载波的偏振态；分光模块用于将激光载波从一束分成多束；调制模块用于对分光模块输出的多束激光载波进行调制；模式复用器用于将多束激光载波耦合至多模波导，产生任意波形光信号；探测器用于将多模波导输出的任意波形光信号转换成电信号。本发明专利技术利用硅波导的模式正交性实现任意波形合成；利用硅光芯片的高折射率差和易集成性，将部分或全部部件集成在硅光芯片上，相对于传统的微波光子学任意波形生成器，其尺寸大大缩小，降低了制造成本，提高了稳定性和可携带型。

A silicon based integrated arbitrary waveform generator

The invention discloses a silicon integrated arbitrary waveform generator for generating laser, laser carrier; polarization controller for polarization control in laser carrier; optical module is used for the laser beam into a carrier from multi beam; modulation module is used for multi beam laser carrier on the optical module output of the multiplexer for modulation mode; multi beam laser carrier coupled to the multimode waveguide, arbitrary waveform signal; detector for multimode waveguide output waveform to convert optical signals into electrical. The invention uses the mode orthogonality of the silicon waveguide to realize arbitrary waveform synthesis; using silicon optical chip with high refractive index and easy integration of some or all components are integrated into the silicon chip, compared with the traditional microwave photonics arbitrary waveform generator, its size is greatly reduced, reduce manufacturing cost, improve the stability and portable.

【技术实现步骤摘要】
一种硅基集成任意波形信号发生器
本专利技术涉及微波光子领域与集成光学
，尤其涉及一种硅基集成任意波形信号发生器。
技术介绍
近年来，利用光子技术来进行微波信号处理的微波光子学越来越受到人们的关注，比如基于光子技术处理信号的雷达、射频通信、电子测试、任意信号产生等领域。利用光载体进行微波信号的处理具有高带宽，低损耗，速度快，抗电磁干扰强等优势。任意波形发生器是一种能产生正弦波、方波、三角波等标准信号的微波源，这些标准信号在各种民用或军用领域发挥着重要作用，比如说雷达探测所采用的三角波信号。由于传统电学领域所采用生成三角波的数字频率合成技术或波形存储直读技术所生成的三角波的中心频率和带宽(几个GHz)远远小于利用微波光子学所产生的三角波的中心频率和带宽(几十GHz到上百GHz)，越来越多的基于微波光子学的任意波形生成方案被提出。然而，这些方案大都是基于分立光学器件的设计和组合，其稳定性和可携带型都有一定问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种硅基集成的用于生成任意波形信号的任意波形发生器。(二)技术方案本专利技术提供了一种硅基集成任意波形信号发生器，包括：激光器，用于产生激光载波；偏振控制器，用于控制所述激光载波的偏振态；分光模块，用于将所述激光载波从一束分成多束；调制模块，用于对所述分光模块输出的多束激光载波进行调制；模式复用器，用于将所述多束激光载波耦合至多模波导，产生任意波形光信号；探测器，用于将多模波导输出的任意波形光信号转换成电信号。在一些实施例中，所述分光模块包括n-1路1×2多模干涉光耦合器；对于每路1×2多模干涉光耦合器，其输入端连接上一路1×2多模干涉光耦合器的第二输出端，其第一输出端连接调制模块，其第二输出端连接下一路调制模块的输入端；其中，第一路1×2多模干涉光耦合器的输入端连接偏振控制器；第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第一输出端和第二输出端均连接调制模块。在一些实施例中，所述调制模块包括n个调制支路；对于第一至第n-1调制支路，其分别对应连接第一至第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第一输出端；第n调制支路连接第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第二输出端。在一些实施例中，每个所述调制支路包括：马赫曾德电光调制器，用于将微波信号调制到激光；相位延迟器，用于调节激光的相位差；可调谐光衰减器，用于调节激光的强度。在一些实施例中，所述马赫曾德电光调制器为双臂驱动马赫曾德电光调制器，包括上臂和下臂，每个臂包括一驱动电极，所述上臂的驱动电极连接有光相位延迟器，所述光相位延迟器连接有直流电源；微波信号经功分器分为两路，其中一路直接连接所述上臂，另一路经电相位延迟器连接至所述下臂。在一些实施例中，所述多模波导分为n段；第一段多模波导，用于第一调制支路输出的激光以第一模式传播；第二段多模波导，用于第二调制支路输出的激光以第二模式传播，并与第一模式传播的激光合并；以此类推，第n段多模波导，用于第n调制支路输出的激光以第n模式传播，与第一、第二直至第n-1模式传播的激光合并，耦合为任意波形光信号。在一些实施例中，所述第一模式为横电场基模，所述第二模式为横电场一阶模，所述第n模式为横电场n-1阶模。在一些实施例中，所述分光模块、调制模块、模式复用器和探测器集成于硅光芯片。在一些实施例中，所述激光器和偏振控制器集成于硅光芯片，或者分立于硅光芯片外，通过光纤相连。在一些实施例中，所述分光模块包括1×n的多模干涉耦合器。(三)有益效果由上述方案可以看出，本专利技术利用硅波导的模式正交性实现任意波形合成；利用硅光芯片的高折射率差和易集成性，将部分或全部部件集成在硅光芯片上，相对于传统的微波光子学任意波形生成器，其尺寸大大缩小，降低了制造成本，提高了稳定性和可携带型。附图说明图1是本专利技术实施例硅基集成任意波形信号发生器的结构示意图。图2是本专利技术实施例双臂驱动马赫曾德调制器的结构示意图。图3是本专利技术实施例硅基集成任意波形信号发生器的另一结构示意图。【符号说明】1-激光器；2-偏振控制器；3、7-1×2多模干涉光耦合器；4、8、11-马赫曾德电光调制器；5、9、12-相位延迟器；6、10、13-可调谐光衰减器；14-模式复用器；15-探测器；16-功分器；17-驱动电极；18-光相位延迟器；19-电相位延迟器。具体实施方式近年来广泛研究的硅基光子集成技术和硅基模分复用为在硅光芯片上直接合成任意波形提供了一种解决方案，本专利技术基于此，提供了一种硅基集成的用于生成任意波形信号的任意波形发生器。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术实施例的硅基集成任意波形信号发生器，包括：激光器1、偏振控制器2、分光模块、调制模块、模式复用器14和探测器15。激光器1用于产生激光载波。偏振控制器2用于控制激光载波的偏振态。分光模块用于将一个输入光按比例分束为多个输出光，其将偏振控制器2输出的激光载波从一束分成多束。调制模块分别对分光模块输出的每束激光载波进行调制，生成多束已调激光。模式复用器14将多束已调激光耦合至多模波导，产生任意波形光信号；探测器15用于将多模波导输出的任意波形光信号转换成对应波形的电信号。本实施例中，激光器1产生线偏振激光，该线偏振激光作为载波供后续调制模块进行调制。进一步地，如图1所示，本实施例的分光模块包括多路1×2多模干涉光耦合器3、7，其中，除第一路和最后一路1×2多模干涉光耦合器外，对于每路1×2多模干涉光耦合器，其输入端连接上一路1×2多模干涉光耦合器的第二输出端，其第一输出端连接调制模块，其第二输出端连接下一路调制模块的输入端；第一路1×2多模干涉光耦合器的输入端连接偏振控制器2，用以接收偏振控制器2输出的激光载波；最后一路1×2多模干涉光耦合器的第一输出端和第二输出端均连接调制模块。本实施例的调制模块包括多个调制支路，分别对应连接分光模块的多个输出端，用以接收分光模块输出的多束激光载波。对于本实施例的任意波形信号发生器，当调制模块包括n个调制支路时，分光模块应包括n-1个1×2多模干涉光耦合器。第一调制支路连接第一路1×2多模干涉光耦合器的第一输出端，第二调制支路连接第二路1×2多模干涉光耦合器的第一输出端，以此类推，第n-1调制支路连接第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第一输出端，第n调制支路连接第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第二输出端；第一路1×2多模干涉光耦合器的第二输出端连接第二路1×2多模干涉光耦合器的输入端，第二路1×2多模干涉光耦合器的第二输出端连接第三路1×2多模干涉光耦合器的输入端，以此类推，从而实现n-1个1×2多模干涉光耦合器将输入激光载波分束为n路输出激光载波，并由对应的n个调制支路对激光载波进行调制。在本实施例中n为大于等于2的自然数，即任意波形信号发生器至少包括1个1×2多模干涉光耦合器和两个调制支路；1×2多模干涉光耦合器优选按照1∶1的比例进行分光。进一步地，如图1所示，本实施例调制模块的每个调制支路包括马赫曾德电光调制器、相位延迟器和可调谐光衰减器。马赫曾德电光调制器4、8、11接收微波信号，将微波信号作为调制信号调制激光载波。相位延迟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基集成任意波形信号发生器，包括：激光器，用于产生激光载波；偏振控制器，用于控制所述激光载波的偏振态；分光模块，用于将所述激光载波从一束分成多束；调制模块，用于对所述分光模块输出的多束激光载波进行调制；模式复用器，用于将所述多束激光载波耦合至多模波导，产生任意波形光信号；探测器，用于将多模波导输出的任意波形光信号转换成电信号。

【技术特征摘要】
1.一种硅基集成任意波形信号发生器，包括：激光器，用于产生激光载波；偏振控制器，用于控制所述激光载波的偏振态；分光模块，用于将所述激光载波从一束分成多束；调制模块，用于对所述分光模块输出的多束激光载波进行调制；模式复用器，用于将所述多束激光载波耦合至多模波导，产生任意波形光信号；探测器，用于将多模波导输出的任意波形光信号转换成电信号。2.根据权利要求1所述的硅基集成任意波形信号发生器，所述分光模块包括n-1路1×2多模干涉光耦合器；对于每路1×2多模干涉光耦合器，其输入端连接上一路1×2多模干涉光耦合器的第二输出端，其第一输出端连接调制模块，其第二输出端连接下一路调制模块的输入端；其中，第一路1×2多模干涉光耦合器的输入端连接偏振控制器；第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第一输出端和第二输出端均连接调制模块。3.根据权利要求2所述的硅基集成任意波形信号发生器，所述调制模块包括n个调制支路；对于第一至第n-1调制支路，其分别对应连接第一至第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第一输出端；第n调制支路连接第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第二输出端。4.根据权利要求3所述的硅基集成任意波形信号发生器，每个所述调制支路包括：马赫曾德电光调制器，用于将微波信号调制到激光；相位延迟器，用于调节激光的相位差；可调谐光衰减器，用于调...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵斯竹，杨林，丁建峰，郑凌晨，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11