集成波形可变脉冲源及操作方法技术

一种集成波形可变脉冲源及操作方法，装置包括硅基基片和控制模块，在所述的硅基基片上制备可调激光器、第一连接波导、双平行强度调制器、输出波导、激光器电学接口、双平行强度调制器电学接口，沿所述的可调激光器的激光输出方向依次是所述的第一连接波导、双平行强度调制器和输出波导，所述的控制模块分别通过激光器电学接口与所述的可调激光器相连，通过双平行强度调制器电学接口与双平行强度调制器相连。本发明专利技术能产生三角波、方波、高斯脉冲、半余弦脉冲、平顶脉冲等多种时域脉冲，重复频率在1GHz‑30GHz之间，具有中心波长可调、支持多波长工作、时间抖动低的特点。

【技术实现步骤摘要】
集成波形可变脉冲源及操作方法
本专利技术涉及波形可变脉冲源，特别是一种集成波形可变脉冲发生装置及操作方法。
技术介绍
微波可变脉冲源在包括雷达系统，射频通信系统，全光微波信号处理等诸多领域有着广泛的应用。传统的微波波形可变脉冲是通过电子器件产生的，而电子器件的低频率、小带宽限制了波形可变脉冲发生的重复频率。光学波形可变脉冲发生可以产生高重复频率的波形，并且有较宽的频谱操作范围，不受电磁干扰的影响，可以和现有的光纤传输系统相容。集成波形可变脉冲源在光波形可变脉冲发生的基础上，还具备尺寸小、能耗低等优势。已报道的光学波形可变脉冲源的方案主要有以下几种：方法1：基于频率-时间映射。以锁模激光器为光源，将超短光脉冲序列进行光谱整形后，通过色散光纤和光电探测器进行频率-时间映射。通过改变光谱整形装置，该技术可产生多种波形，但是其重复频率有限(通常是纳秒级别)，且由于该技术需要大量色散，因此损耗大并且系统体积大，难集成。方法2：基于傅里叶合成方法。该方法的输入信号为超短脉冲序列，通过色散器件后将各频率梳分开，之后一个调制阵列对各频率分量的幅度和相位进行调制，最后用一个反向色散器件将各频率分量组合起来，实现波形可变脉冲发生。该方法可以用分立器件实现，获得频率分辨率、带宽、调制速率较好的波形可变脉冲源，但是实验操作难度大、对周围环境敏感，并且体积庞大，功耗大。该方案也可以用集成器件实现，但集成分频器件工艺难度大，分频器件对产生波形的质量以及集成器件的损耗有较大影响。现有方案多为磷化铟集成，尺寸较大且不能与CMOS兼容。方法3：基于时域合成方法。该方法的输入信号为超短脉冲序列，超短脉冲序列被均分至多路后，分别经过幅度调制和相位调制，再经过不同的延时后组合起来。对于较为复杂的波形，器件需要多路输出，较为复杂。总之，以上的几种方法或者难以集成或者，需要一种高性能的集成波形可变脉冲源方案，能够兼顾重工艺简单、易于操作、波形性能优异。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种集成波形可变脉冲源及操作方法，该装置能产生三角波、方波、高斯脉冲、半余弦脉冲、平顶脉冲等多种时域脉冲，重复频率在1GHz-30GHz之间，具有中心波长可调、支持多波长工作、时间抖动低的特点。为了解决上述问题，本专利技术的技术解决方案如下：一种集成波形可变脉冲源，其特点在于包括硅基基片和控制模块，在所述的硅基基片上制备可调激光器、第一连接波导、双平行强度调制器、输出波导、激光器电学接口、双平行强度调制器电学接口，沿所述的可调激光器的激光输出方向依次是所述的第一连接波导、双平行强度调制器和输出波导，所述的控制模块分别通过激光器电学接口与所述的可调激光器相连，通过双平行强度调制器电学接口与双平行强度调制器相连；所述的双平行强度调制器包括上、下两臂，该两臂的两端由第一多模干涉器和第二多模干涉器连接组成，上臂由依次的第二连接波导、第一强度调制器、第三连接波导、第一移相器和第四连接波导组成；下臂由依次的第五连接波导、第二强度调制器和第六连接波导组成；所述的第一强度调制器也包含上、下两臂，该两臂的两端由第三多模干涉器和第四多模干涉器连接组成，上臂由依次的第七连接波导、第一PN结、第八连接波导、第二移相器、第九连接波导组成，下臂由第十连接波导、第二PN结器、第十一连接波导、第三移相器和第十一连接波导组成；所述的第二强度调制器的结构与所述的第一强度调制器的结构相同，包含上、下两臂，该两臂的两端由第五多模干涉器和第六多模干涉器连接组成，上臂由依次的第十三连接波导、第一PN结、第十四连接波导、第二移相器、第十五连接波导组成，下臂由第十六连接波导、第二PN结器、第十七连接波导、第三移相器和第十八连接波导组成；所述的双平行强度调制器电学接口分别为第一PN结、第二PN结、第三PN结、第四PN结、第一移相器、第二移相器、第三移相器、第四移相器和第五移相器供电。所述的硅基基片包括三层，由下而上依次是硅层、二氧化硅层和单晶硅层，底层是一定厚度的硅层起支撑作用，中间层是二氧化硅层，厚度为几个微米，最上层是单晶硅层，厚度为200-250nm。所述的可调激光器是基于III-V族半导体的集成激光器，激光器的输出波长的调节范围为1520-1600nm。所述的可调激光器是基于III-V族半导体的集成激光器，可以通过混合集成的工艺直接制备在硅基基片上，也可以先独立制备，然后通过键合的方式与硅基基片和后续器件连接。激光器具有可调节的输出波长。所述的第一连接波导、双平行强度调制器、输出波导和双平行强度调制器电学接口都通过半导体CMOS标准工艺制备在所述的硅基基片上。所述的控制模块可以是单独的集成电路芯片，也可以是分立电子器件构成的电路模块。所述的可调激光器、第一连接波导、双平行强度调制器和输出波导均工作在单模横电(TE)模式，或都工作在单模横磁(TM)模式。所述的双平行强度调制器的第一强度调制器和第二强度调制器别是两个硅基马赫曾德尔调制器。所述的输出波导是直波导、宽度逐渐减小的拉锥波导、或其他结构。利用上述集成波形可变脉冲源的操作方法，该方法包括以下步骤：1)所述的控制模块根据应用所需的波形、中心波长，通过可调激光器的电学接口，控制可调激光器的输出功率和中心波长；2)所述的控制模块根据应用所需的波形可变脉冲发生的重复频率，通过双平行强度调制器的电学接口，输入高频信号和直流偏置电压，确保输入双平行强度调制器的两臂的高频信号不超过调制器的工作带宽，两路高频信号频率相等，且两者相位差保持恒定关系，输入第一强度调制器和第二强度调制器的直流偏置电压使调制器工作在线性调制区域；3)调节所述的第一强度调制器和第二强度调制器的高频信号的幅度，使得光信号经过两个调制器后，在中心波长的两侧产生功率不同的各阶边带；4)调节所述的第一强度调制器和第二强度调制器的高频信号的相位关系，使经过第一强度调制器和第二强度调制器后的光信号在时域上表现为所需波形；5)所述的控制模块通过改变输入第一强度调制器和第二强度调制器的高频信号的频率，并确保两者之间的频率相等和相位关系确定，以获得所需要的时域的周期性波形可变脉冲序列，脉冲序列重复频率的调节范围是调制器允许输入的调制信号的最低频率至最高频率。所述的产生的脉冲序列的噪声由施加在调制器上的调制信号的噪声决定，因此可以通过采用低噪声调制信号来获得低时间抖动的脉冲序列。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术集成波形可变脉冲源实现了重复频率在1GHz-30GHz可调、中心波长可调、低时间抖动的集成脉冲源。相比于
技术介绍
中的方法1(基于频率-时间映射方法)，本专利技术不需要大量色散，易于集成，且可以产生更小脉宽的脉冲。相比于
技术介绍
中的方法2(基于傅立叶合成方法)，本专利技术能更稳定，易于集成、脉冲性能好且与CMOS兼容。相比与
技术介绍
中的方法3(基于时域合成脉冲方法)，本专利技术产生复杂时域波形时在结构上更简单。本专利技术装置能产生时域上的波形可变脉冲(如sinc型奈奎斯特脉冲，三角脉冲，高斯脉冲等)，重复频率在1GHz-30GHz之间，具有中心波长可调、支持多波长工作、时间抖动低的特点。附图说明图1是本专利技术集成波形可变脉冲源的结构图图中：1-硅基基片，2-可调激光器，3-第一连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成波形可变脉冲源，其特征在于包括硅基基片和控制模块，在所述的硅基基片上制备可调激光器、第一连接波导、双平行强度调制器、输出波导、激光器电学接口、双平行强度调制器电学接口，沿所述的可调激光器的激光输出方向依次是所述的第一连接波导、双平行强度调制器和输出波导，所述的控制模块分别通过激光器电学接口与所述的可调激光器相连，通过双平行强度调制器电学接口与双平行强度调制器相连；所述的双平行强度调制器包括上、下两臂，该两臂的两端由第一多模干涉器和第二多模干涉器连接组成，上臂由依次的第二连接波导、第一强度调制器、第三连接波导、第一移相器和第四连接波导组成；下臂由依次的第五连接波导、第二强度调制器和第六连接波导组成；所述的第一强度调制器也包含上、下两臂，该两臂的两端由第三多模干涉器和第四多模干涉器连接组成，上臂由依次的第七连接波导、第一PN结、第八连接波导、第二移相器、第九连接波导组成，下臂由第十连接波导、第二PN结器、第十一连接波导、第三移相器和第十一连接波导组成；所述的第二强度调制器的结构与所述的第一强度调制器的结构相同，包含上、下两臂，该两臂的两端由第五多模干涉器和第六多模干涉器连接组成，上臂由依次的第十三连接波导、第一PN结、第十四连接波导、第二移相器、第十五连接波导组成，下臂由第十六连接波导、第二PN结器、第十七连接波导、第三移相器和第十八连接波导组成；所述的双平行强度调制器电学接口分别为第一PN结、第二PN结、第三PN结、第四PN结、第一移相器、第二移相器、第三移相器、第四移相器和第五移相器供电。...

【技术特征摘要】
1.一种集成波形可变脉冲源，其特征在于包括硅基基片和控制模块，在所述的硅基基片上制备可调激光器、第一连接波导、双平行强度调制器、输出波导、激光器电学接口、双平行强度调制器电学接口，沿所述的可调激光器的激光输出方向依次是所述的第一连接波导、双平行强度调制器和输出波导，所述的控制模块分别通过激光器电学接口与所述的可调激光器相连，通过双平行强度调制器电学接口与双平行强度调制器相连；所述的双平行强度调制器包括上、下两臂，该两臂的两端由第一多模干涉器和第二多模干涉器连接组成，上臂由依次的第二连接波导、第一强度调制器、第三连接波导、第一移相器和第四连接波导组成；下臂由依次的第五连接波导、第二强度调制器和第六连接波导组成；所述的第一强度调制器也包含上、下两臂，该两臂的两端由第三多模干涉器和第四多模干涉器连接组成，上臂由依次的第七连接波导、第一PN结、第八连接波导、第二移相器、第九连接波导组成，下臂由第十连接波导、第二PN结器、第十一连接波导、第三移相器和第十一连接波导组成；所述的第二强度调制器的结构与所述的第一强度调制器的结构相同，包含上、下两臂，该两臂的两端由第五多模干涉器和第六多模干涉器连接组成，上臂由依次的第十三连接波导、第一PN结、第十四连接波导、第二移相器、第十五连接波导组成，下臂由第十六连接波导、第二PN结器、第十七连接波导、第三移相器和第十八连接波导组成；所述的双平行强度调制器电学接口分别为第一PN结、第二PN结、第三PN结、第四PN结、第一移相器、第二移相器、第三移相器、第四移相器和第五移相器供电。2.根据权利要求1所述的集成波形可变脉冲源，其特征在于所述的硅基基片包括三层，由下而上依次是硅层、二氧化硅层和单晶硅层，底层是一定厚度的硅层起支撑作用，中间层是二氧化硅层，厚度为几个微米，最上层是单晶硅层，厚度为200-250nm。3.根据权利要求1所述的集成波形可变脉冲源，其特征在于所述的可调激光器是基于III-V族半导体的集成激光器，激光器的输出波长的调节范围为1520-1600nm。4.根据权利要求1所述的集成波形可变脉冲源，其特征在于所述的可调激光器是基于III-V族半导体的集成激光器，可以通过混合集成的工艺直接制备在硅基基片上，也可以先独立制备，然后通过键合的方式与硅基基片和后续器件连接。激光器具有可...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴侃，刘思奇，张丙建，周林杰，陈建平，庞拂飞，刘奂奂，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31