超宽带芯片集成微波光子天线实现方法技术

本发明专利技术公开一种超宽带芯片集成微波光子天线实现方法，在单一芯片集成多路传输波导，在各路传输波导上方覆盖以过渡金属硫化物二维层状材料为代表的各种电磁敏感材料，各材料的电磁响应波长不同，当收到宽谱信号后，不同波长的电磁波将引起不同材料对应的波导内传输的光场产生相位变化，通过时分复用等手段解析各光场相位变化即可实现宽带微波信号的接收感知和波段识别。本发明专利技术有效利用了光学波导可多路复用的特性，利用多种覆层材料实现宽带微波信号的接收和波段识别，能够构建小尺寸、全物理场操作的微波光子天线，为超宽带电磁频谱感知处理、无线通信管频用频、载波信号物理接口等应用提供解决方案。接口等应用提供解决方案。接口等应用提供解决方案。

【技术实现步骤摘要】
超宽带芯片集成微波光子天线实现方法


[0001]本专利技术属于集成光学、材料光学和微波光子学的交叉学科领域，具体是指在单一芯片集成多路传输波导、在各路传输波导上方覆盖不同材料、各材料对不同电磁波段产生响应并影响波导折射率、通过光学信号解调实现超宽带范围微波信号的感知接收和识别功能，尤其涉及一种超宽带芯片集成微波光子天线实现方法及超宽带芯片集成微波光子天线系统。

技术介绍

[0002]随着通信、雷达、导航等各型信息技术的飞速发展，毫米波、亚毫米波甚至是太赫兹波的开发利用已成为必然。受限于电子渡越时间等因素，基于传统电子器件搭建的电子系统难以适应超高频微波产生、传输、处理过程中对高响应速度、超宽带响应等极端性能指标的需求。研究人员另辟蹊径，以光学作为信号处理的载波主体克服“电子瓶颈”，由此衍生的微波光子技术能够在超宽带无线接入、超高频微波收发、微波光子雷达、微波光子探测等方面得到广泛应用。相比传统电子信息技术，微波光子学的优势主要来源于光学载波的物理特性，体现在以下三个方面：一是光学载波具有较高本振频率，光学载波能够携带的信息量比无线电载波高数个量级；二是光学波导尺寸较小，制备工艺稳定且成本较低，特别适合于构建高度集成的大规模系统；三是光学载波具有强抗电磁干扰特性，从降低系统串扰的角度进一步提升了微波信号的并行处理能力。
[0003]现阶段，微波光子技术尚未完全运用到无线信号接收中，究其本源，是缺乏一种不经过电学信号变换的、能够为微波和光波建立物理场级互联手段的、严格意义上的微波光子天线。

技术实现思路
<br/>[0004]基于现有技术的问题，本专利技术要解决的技术问题：如何在单一芯片集成多路传输波导，各路波导覆盖响应波长不同的电磁敏感覆层材料，宽带输入的电磁信号引起各路波导覆层材料响应并引起波导传输光场相位变化，通过光电探测器探测各路输出信号相位或强度变化，即可获取电磁信号波长分布、信号强度、时域特性等，实现兼具超宽带微波信号接收感知和波段识别功能的全物理场操作微波光子天线。
[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种超宽带芯片集成微波光子天线实现方法，在单一芯片集成多路传输波导，通过单一光源和光学分束器或通过宽谱光源和波分复用器，使每路波导内独立传输光场；在不同传输波导上方覆盖不同的电磁敏感复合覆层材料；将各路光学信号通过光电探测器阵列探测或将各路光学信号通过时间透镜合束后通过光电探测器探测，判断引起复合覆层材料响应的电磁信号波段、强度和波形，以制作全物理场操作微波光子天线。
[0006]优选的，上述不同材料对不同电磁信号产生响应、产生自由载流子、改变波导内传输光场的相位。
[0007]优选的，上述方法具体包括：
[0008]S101、制备光波导，在单一芯片集成多路传输波导，通过单一光源和光学分束器或通过宽谱光源和波分复用器，可使每路波导内均能独立传输光场；
[0009]S102、制备复合覆层材料，在不同传输波导上方覆盖以过渡金属硫化物二维层状材料为代表的电磁敏感覆层材料，不同材料能对不同电磁信号产生响应、产生自由载流子、改变波导内传输光场的相位；
[0010]S103、实现超宽带微波光子天线功能，将各路光学信号通过光电探测器阵列探测或将各路光学信号通过时间透镜合束后通过光电探测器探测，以判断引起复合覆层材料响应的电磁信号波段、强度和波形，实现兼具超宽带微波信号接收感知和波段识别功能的全物理场操作微波光子天线。
[0011]优选的，上述方法具体包括：
[0012]S201、制备基于芯片集成光路制备微波光子天线所需光路，在单一芯片集成多路传输波导，将单一光源产生的光学载波通过级联光学分束器分离至各路传输波导，或将宽谱光源产生的光学载波通过波分复用器分离至各路传输波导，使没路波导内均能独立传输光场；
[0013]S202、在各路波导上方覆盖不同的电磁敏感材料，不同材料能对不同波段的电磁信号产生相应，引起自由载流子致折射率变化，调制波导内的光学载波相位或强度；
[0014]S203、利用光电探测器独立探测各路光学载波的相位或强度信息，或利用时间透镜将各路光学载波合束到同一路、按照一定的时间序列排布、利用同一光电探测器探测、通过时间分析仪获取各时序位置的相位或强度信息。
[0015]优选的，上述步骤S203按照时间序列排布，具体为M路脉冲光学载波重复频率为N时，合束后重复频率为N*M。
[0016]优选的，根据测量结果即可窒息引起不同覆层材料响应的电磁信号频谱分布、强度和波形，通过复合覆层材料对电磁信号波段的全面覆盖和特异性响应分别实现超宽带微波信号接收感知和波段识别功能。
[0017]一种超宽带芯片集成微波光子天线系统，包括一芯片以及在单一芯片集成多路传输波导、单一光源和光学分束器或宽谱光源和波分复用器，在在多路不同传输波导上方覆盖电磁敏感覆层材料，将各路光学信号通过光电探测器阵列探测、或将各路光学信号通过时间透镜合束后通过光电探测器探测，即可判断引起复合覆层材料响应的电磁信号波段、强度和波形，实现兼具超宽带微波信号接收感知和波段识别功能的全物理场操作微波光子天线。
[0018]优选的，上述电磁敏感覆层材料为过渡金属硫化物二维层状材料，不同材料能对不同电磁信号产生响应、产生自由载流子、改变波导内传输光场的相位。
[0019]优选的，上述电磁敏感覆层材料对不同波段电磁信号产生响应，折射率或传输损耗产生变化，此时对应光学路径的光场相位或强度与电磁响应强度正相关。
[0020]优选的，利用不同的光电探测器探测各路光学信号的相位或强度，获取该波导覆层材料响应带宽内电磁信号的时变信息。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
[0022]1、本专利技术提出一种全物理场操作的微波光子天线实现方法，改变了传统微波光子
系统“微波信号
→
电学信号
→
光学信号”的三步转换策略，直接将微波信号加载到光学信号上，大幅提升系统效率的同时有望克服电学信号转换环节中可能面临的速率瓶颈；
[0023]2、本专利技术提出“空间资源置换频谱资源”的思路，借助芯片集成光路并行处理能力，大幅拓展微波光子天线带宽的同时具备一定的频谱识别能力；
[0024]3、本专利技术所述基于复合覆层材料的方法具有较好地设计自由度，以过渡金属硫化物二维层状材料为代表的各种覆层材料具有可控设计自由度，能够通过材料工艺控制电磁信号响应特性，实现需求可定制、系统可扩展的微波光子电磁频谱信号感知。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1示出了本专利技术超宽带芯片集成微波光子天线结构示意图。
具体实施方式
[0027]下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带芯片集成微波光子天线实现方法，在单一芯片集成多路传输波导，通过单一光源和光学分束器或通过宽谱光源和波分复用器，使每路波导内独立传输光场；在不同传输波导上方覆盖不同的电磁敏感复合覆层材料；将各路光学信号通过光电探测器阵列探测或将各路光学信号通过时间透镜合束后通过光电探测器探测，判断引起复合覆层材料响应的电磁信号波段、强度和波形，以制作全物理场操作微波光子天线。2.根据权利要求1所述的超宽带芯片集成微波光子天线实现方法，所述不同材料对不同电磁信号产生响应、产生自由载流子、改变波导内传输光场的相位。3.根据权利要求1所述的超宽带芯片集成微波光子天线实现方法，包括：S101、制备光波导，在单一芯片集成多路传输波导，通过单一光源和光学分束器或通过宽谱光源和波分复用器，可使每路波导内均能独立传输光场；S102、制备复合覆层材料，在不同传输波导上方覆盖以过渡金属硫化物二维层状材料为代表的电磁敏感覆层材料，不同材料能对不同电磁信号产生响应、产生自由载流子、改变波导内传输光场的相位；S103、实现超宽带微波光子天线功能，将各路光学信号通过光电探测器阵列探测或将各路光学信号通过时间透镜合束后通过光电探测器探测，以判断引起复合覆层材料响应的电磁信号波段、强度和波形，实现兼具超宽带微波信号接收感知和波段识别功能的全物理场操作微波光子天线。4.根据权利要求1所述的超宽带芯片集成微波光子天线实现方法，包括：S201、制备基于芯片集成光路制备微波光子天线所需光路，在单一芯片集成多路传输波导，将单一光源产生的光学载波通过级联光学分束器分离至各路传输波导，或将宽谱光源产生的光学载波通过波分复用器分离至各路传输波导，使没路波导内均能独立传输光场；S202、在各路波导上方覆盖不同的电磁敏感材料，不同材料能对不同波段的电磁信号产生相应，引起自由载流子致折射率变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，许波，王增，王俊华，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院网络信息研究所，
类型：发明
国别省市：