一种基于集成硅波导的多工作频段、可编程微波光子滤波器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于集成硅波导的多工作频段、可编程微波光子滤波器，属于滤波技术领域，包括在硅基芯片上依次连接的耦合器、固定延时结构、相位调制结构、功率调制结构、可调延时结构和反射结构，所述耦合器将输入的信号分为均匀的n路信号，n≥4；所述固定延时结构用于为每一路信号加入等差的延时量；所述相位调制结构用于调节每一路光信号相位；所述功率调制结构用于调节每一路光信号功率；所述可调延时结构用于为每一路信号加入不同的延时量；最后通过所述反射结构将信号原路返回。

【技术实现步骤摘要】
一种基于集成硅波导的多工作频段、可编程微波光子滤波器
本专利技术属于滤波
，涉及一种基于集成硅波导的多工作频段、可编程微波光子滤波器
技术介绍
微波光子技术结合了微波通信与光子技术，充分利用光子技术采样速率高、损耗低、时间带宽积大、能实现并行传输等优势，能有效突破传统电学产生和处理微波信号的瓶颈，提高微波通信系统的通信容量和信号处理带宽。采用微波光子技术实现的微波光子滤波器在信号处理频率、带宽、灵活性方面都远优于传统电学滤波器，能够处理的信号带宽更大、频率更高、动态范围更大，在推动5G等新型通信技术发展、扩大滤波器的应用场景等方面都有重要意义。目前微波光子滤波器的方法主要可以划分为两大类：第一种为直接构建有限冲激响应(Finiteimpulseresponse,FIR)结构，第二种为控制包含微波信号信息的光信号边带。第一种方法是实现微波光子滤波器中最为常见的方法，该方法是将待处理的微波信号调制在光信号上，通过对光信号的调制和延时，实现不同幅度、相位和延时的微波信号支路，最终实现微波滤波的效果。自2008年以来，国内外研究团队将直接构建FIR结构微波光子滤波器从单纯正系数(Mora,J.,Chen,L.R.,Capmany,J.Single-BandpassMicrowavePhotonicFilterWithTuningandReconfigurationCapabilities.JournalofLightwaveTechnology,2008)推动到能够实现正、负系数再发展到能实现复系数(Zhang,C.,Yan,L.S.,Pan,W.,etal.ATunableMicrowavePhotonicFilterWithaComplexCoefficientBasedonPolarizationModulation.IEEEPhotonicsJournal,2013)，也实现了中心频率可调、带宽可调功能。但是，由于系统中偏振调制器、光参量放大器等仪器的加入，滤波器变得越来越复杂，难以实现小型化和集成化。第二种方法是通过改变边带与光载波、边带与边带间的相对功率，以及边带或光载波的形状来实现微波滤波。而控制光信号边带可以采用受激布里渊散射(StimulatedBrillouinscattering,SBS)效应(Li,P.,Zou,X.,Pan,W.,etal.TunablePhotonicRadio-FrequencyFilterWithaRecordHighOut-of-BandRejection.IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2017)、光纤布拉格光栅(FiberBragggrating,FBG)(Gao,L.,Zhang,J.,Chen,X.,etal.MicrowavePhotonicFilterWithTwoIndependentlyTunablePassbandsUsingaPhaseModulatorandanEquivalentPhase-ShiftedFiberBraggGrating.IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2014)或微环(Yang,W.,Yi,X.,Shijie,S.,etal.Tunablesinglebandpassmicrowavephotonicfilterbasedonphasecompensatedsilicon-on-insulatormicroringresonator.In201621stOptoElectronicsandCommunicationsConference(OECC),2016)等光学器件。SBS效应具有阈值低、自然线宽窄、可以灵活控制等优点。但SBS效应对泵浦设备要求较高，为了实现控制光信号边带的目的，需要对泵浦光进行精确控制，这无疑增加了实现滤波器的难度，也提高了滤波器系统的成本。除此之外，SBS效应的集成方案采用As2S3波导，不但价格较高，也无法与现有CMOS工艺兼容，不利于大规模集成。相比之下，采用FBG和微环的方案对相关仪器的要求低得多，价格低廉，而且能通过热调、电调等方法有效地改变FBG和微环的反射/谐振波长，从而改变滤波器的中心频率。但是由于制作完成的FBG和微环的反射谱和谐振谱的形状难以改变，所以利用该方法实现滤波器的带宽调节范围较窄，滤波形状也很难有较大变化。通过分析现有微波光子滤波器方案可知，滤波器的可调性不强，同时实现中心波长可调和带宽可调的方案较少；滤波形状可变滤波器方案少，几乎没有实现特殊滤波形状的滤波器方案；滤波器工作频段仅能满足单一频段需求，无法同时满足光学信号、微波信号和毫米波信号的滤波需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于集成硅波导的多工作频段、可编程微波光子滤波器，本专利技术结构紧凑，将所有功能模块集成到一个硅基芯片上，制作简单，成本较低，并且可以实现多工作频段和可编程，更加灵活，使用范围更广，可用性强。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于集成硅波导的多工作频段、可编程微波光子滤波器，包括在硅基芯片上依次连接的耦合器、固定延时结构、相位调制结构、功率调制结构、可调延时结构和反射结构，所述耦合器将输入的信号分为均匀的n路信号，n≥4；所述固定延时结构用于为每一路信号加入等差的延时量；所述相位调制结构用于调节每一路光信号相位；所述功率调制结构用于调节每一路光信号功率；所述可调延时结构用于为每一路信号加入不同的延时量；最后通过所述反射结构将信号原路返回。进一步，所述耦合器为多个Y分支功分器串联、多个1×2路MMI功分器串联或1×n路MMI功分器硅基结构。进一步，所述固定延时结构包括不同长度的n个硅基波导，n路延时量为等差数列分布，即T、2T、3T、……nT。进一步，所述相位调制结构为电调或热调硅基直波导结构，通过改变电压或温度对每路光信号引入不同的相位。进一步，所述功率调制结构为电调或热调MZI结构，通过改变电压或温度对每路光信号进行不同程度的衰减。进一步，所述可调延时结构为电调或热调硅基微环阵列、电调或热调硅基啁啾布拉格光栅，通过改变电压或温度对每路光信号引入不同的延时量，所述硅基啁啾布拉格光栅为反射型或反向耦合型。进一步，所述反射结构为硅基Sagnac反射镜结构或硅基布拉格光栅结构，对信号进行反射。本专利技术的有益效果在于：使用硅基波导结构来实现信号滤波，相对于分离器件来说，结构紧凑，易于集成，制作简单，成本较低，并且可以实现多工作频段、可编程滤波，更加灵活，使用范围更广，可用性强。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于集成硅波导的多工作频段、可编程微波光子滤波器，其特征在于：包括在硅基芯片上依次连接的耦合器、固定延时结构、相位调制结构、功率调制结构、可调延时结构和反射结构，所述耦合器将输入的信号分为均匀的n路信号，n≥4；所述固定延时结构用于为每一路信号加入等差的延时量；所述相位调制结构用于调节每一路光信号相位；所述功率调制结构用于调节每一路光信号功率；所述可调延时结构用于为每一路信号加入不同的延时量；最后通过所述反射结构将信号原路返回。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于集成硅波导的多工作频段、可编程微波光子滤波器，其特征在于：包括在硅基芯片上依次连接的耦合器、固定延时结构、相位调制结构、功率调制结构、可调延时结构和反射结构，所述耦合器将输入的信号分为均匀的n路信号，n≥4；所述固定延时结构用于为每一路信号加入等差的延时量；所述相位调制结构用于调节每一路光信号相位；所述功率调制结构用于调节每一路光信号功率；所述可调延时结构用于为每一路信号加入不同的延时量；最后通过所述反射结构将信号原路返回。


2.根据权利要求1所述的基于集成硅波导的多工作频段、可编程微波光子滤波器，其特征在于：所述耦合器为多个Y分支功分器串联、多个1×2路多模干涉耦合器MMI功分器串联或1×n路MMI功分器硅基结构。


3.根据权利要求1所述的基于集成硅波导的多工作频段、可编程微波光子滤波器，其特征在于：所述固定延时结构包括不同长度的n个硅基波导，n路延时量为等差数列分布，即T、2T、3T、……nT。

【专利技术属性】
技术研发人员：廖莎莎，包航，张甜甜，刘继伟，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50