本发明专利技术公开一种基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法，将电压敏感二维层状材料镀层覆于芯片集成波导表面并施加携带高速通信信号的调制电压，通过改变自由载流子浓度调节芯片集成波导折射率实现传输光场的通信信号加载；以全光通信信号为载波、以环境变量敏感二维层状材料镀层为载体、将低频传感信号加载在高频通信信号上；分别对传感信号和通信信号进行解调，即实现了通信传感信号的一体化处理。本发明专利技术充分利用了镀层结构在高性能电光调制和高灵敏度环境传感方面的性能优势，有效拓展了单一芯片集成光路的功能范畴，为小型化、紧耦合式通信传感一体化设备提供解决方案。决方案。决方案。
【技术实现步骤摘要】
基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法
[0001]本专利技术属于集成光学、光通信、光传感与微波光子学的交叉学科领域，具体是指通过过渡金属硫化物等二维层状材料镀层在外接电压作用下产生的自由载流子浓度变化调节芯片集成波导折射率实现通信信号编码、利用镀层对外接物理量的响应实现传感信号加载、对载有传感信号的通信信号进行分别解调的通信传感信号一体化处理方法，尤其涉及一种基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法、系统及存储介质。
技术介绍
[0002]芯片集成光路可用于构建光通信系统、光计算系统、光学相控阵和微波光子信号处理系统等光电信息系统，与传统自由空间光路和全光纤光路相比具有体积小、功耗低、成本低、易集成、性能较稳定、可批量生产等诸多优势。芯片集成光电信息系统综合性能高度取决于各分立器件性能，由一系列有源器件和无源器件组成，常见有源器件包括微型激光器、纳米线探测器、光学调制器、可调谐滤波器、可调谐衰减器等；常见无源器件包括定向耦合器、光学分束器、波分复用器、偏振分束器等。
[0003]光学调制器作为一种重要的有源器件，在全光信号编解码、光学干涉、光学开关等应用中发挥重要作用。通过电光调制器实现的电光信号转换，是微波光子系统中联通电学域和光学域的重要桥梁。另一方面，以石墨烯和过渡金属硫化物为代表的二维层状材料，对温度、光照、电磁辐射等环境变量较为敏感，可作为重要的载体实现各种高灵敏度传感功能。
技术实现思路
[0004]基于现有技术的问题，本专利技术要解决的技术问题是如何将电压敏感的二维层状材料镀层覆于传输波导表面并生长外接电极，将通信信号以调制电压形式加载于镀层、改变自由载流子浓度、调节芯片集成波导折射率、实现对传输光场的电光相位调制，亦即实现全光通信信号调制；将环境变量敏感的二维层状材料镀层覆于传输波导表面，环境变量将引起自由载流子浓度改变、调节芯片集成波导折射率、实现对全光通信信号的二次调制，亦即实现传感信号加载；对携带通信和传感信息的信号进行分别解调，即实现一条链路两种功能的通信传感信号一体化处理。
[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基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法，充分利用了二维层状材料镀层的电光调制和传感探测效能，打通了光学域和其它物理域，为芯片集成微波光子系统同时实现通信传感功能提供解决思路。
[0006]为了达到上述效果，本专利技术提供的基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法，由光学分束器和光强探测器组成的系统执行，脉冲光学载波通过光学分束器等比例分离至两条光学路径，其中一条光学路径对应的芯片集成波导上覆电压敏感二维层状材料镀层，将电压敏感二维层状材料镀层覆于芯片集成波导表面并施加携带高速通信信号
的调制电压，通过改变自由载流子浓度调节芯片集成波导折射率实现传输光场的通信信号加载，以全光通信信号为载波、以环境变量敏感二维层状材料镀层为载体、将低频传感信号加载在高频通信信号上，将携带通信和传感双重数据的信号传输至解调端分别对传感信号和通信信号进行解调，实现通信传感信号的一体化处理。
[0007]优选的，上述方法具体包括：
[0008]S101、脉冲光学载波通过光学分束器等比例分离至两条光学路径，其中一条光学路径对应的芯片集成波导上覆电压敏感二维层状材料镀层，将编码01000111的通信信号以外接电压方式加载于镀层结构可实现相位调制，通过马赫
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增特干涉仪结构输出强度调制的非归零全光通信信号；
[0009]S102、在全光通信信号输出波导上覆盖环境变量敏感二维层状材料镀层，在8位通信编码对应的时间窗内，温度从低到高的变化将引起全光通信信号相位从正到负的变化；
[0010]S103、将携带通信和传感双重数据的信号传输至解调端，可通过光学分束器将信号分离至两条光学路径，其中一路可由光强探测器直接探测实现通信信号的解调，另一路与相同重频参考光干涉后可由光强探测器探测实现传感信号的解调。
[0011]优选的，上述方法在调整光路结构、更换环境变量敏感材料的前提下，通信信号、传感信号也可加载于其它光学自由度。
[0012]优选的，上述方法利用同一光学系统将传感信号加载于全光通信信号，通信信号和传感信号编译于不同的光学自由度上。
[0013]优选的，上述方法包括：
[0014]S1、通信信号的加载，将通信信号通过外接电极加载于电压敏感二维层状材料镀层上，通过改变自由载流子浓度调节芯片集成波导折射率并实现对传输光场的电光相位调制，通过干涉仪等结构将生成强度复刻电学信号的全光通信信号；
[0015]S2、传感信号的加载，将全光通信信号通过覆盖环境变量敏感二维层状材料镀层的芯片集成波导，环境变量改变引起自由载流子致折射率变化，此时全光通信信号的相位将携带传感信息；
[0016]S3、通信信号和传感信号的分别解调，利用强度探测器解析通信信号、利用相位探测器解析传感信号，实现同一芯片、同一载波、同一链路、两种功能的通信传感信号一体化处理。
[0017]优选的，上述方法包括：
[0018]步骤一、制备电光调制和传感探测所需传输波导，优化设计横截面结构；
[0019]步骤二、通过化学气相沉积等方法将二维层状材料镀层无损转移至波导表面，优化设计电压敏感镀层厚度；
[0020]步骤三、将传感信号加载于全光通信信号，利用芯片集成光路分别解调，实现通信传感信号一体化处理。
[0021]优选的，上述步骤一优化设计使传输损耗较低且波导折射率灵敏变化，电光调制用波导长度需优化设计以兼顾低传输损耗和大调制深度、空间排布需优化设计使镀层结构尽可能精准覆盖且易于生长低接触电阻的外接电极。
[0022]优选的，上述步骤二优化设计使单位电压产生的自由载流子浓度最大、耗散时间最短，环境变量敏感镀层厚度需优化设计使单位物理量产生的自由载流子浓度变化动态范
围最大、切换时间最短，镀层可紧密贴合波导上表面和侧表面也可仅仅贴合上表面，电压敏感镀层材料需对待测环境变量不敏感。
[0023]一种实现如上述基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法的系统，包括光学分束器和光强探测器组成的系统，还包括通信信号加载模块、传感信号加载模块、通信信号解调模块和传感信号解调模块，其中，
[0024]通信信号加载模块，用于将通信信号通过外接电极加载于电压敏感二维层状材料镀层上，通过改变自由载流子浓度调节芯片集成波导折射率并实现对传输光场的电光相位调制，通过干涉仪等结构将生成强度复刻电学信号的全光通信信号；
[0025]通信信号解调模块和传感信号解调模块，用于利用强度探测器解析通信信号、利用相位探测器解析传感信号，实现同一芯片、同一载波、同一链路、两种功能的通信传感信号一体化处理。
[0026]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。
[0027]一种计算机程序产品，包括计算机程序本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法，由光学分束器和光强探测器组成的系统执行，脉冲光学载波通过光学分束器等比例分离至两条光学路径，其中一条光学路径对应的芯片集成波导上覆电压敏感二维层状材料镀层，将电压敏感二维层状材料镀层覆于芯片集成波导表面并施加携带高速通信信号的调制电压，通过改变自由载流子浓度调节芯片集成波导折射率实现传输光场的通信信号加载，以全光通信信号为载波、以环境变量敏感二维层状材料镀层为载体、将低频传感信号加载在高频通信信号上，将携带通信和传感双重数据的信号传输至解调端分别对传感信号和通信信号进行解调，实现通信传感信号的一体化处理。2.根据权利要求1所述的基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法，其特征在于，所述方法具体包括：S101、脉冲光学载波通过光学分束器等比例分离至两条光学路径，其中一条光学路径对应的芯片集成波导上覆电压敏感二维层状材料镀层，将编码01000111的通信信号以外接电压方式加载于镀层结构可实现相位调制，通过马赫
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增特干涉仪结构输出强度调制的非归零全光通信信号；S102、在全光通信信号输出波导上覆盖环境变量敏感二维层状材料镀层，在8位通信编码对应的时间窗内，温度从低到高的变化将引起全光通信信号相位从正到负的变化；S103、将携带通信和传感双重数据的信号传输至解调端，可通过光学分束器将信号分离至两条光学路径，其中一路可由光强探测器直接探测实现通信信号的解调，另一路与相同重频参考光干涉后可由光强探测器探测实现传感信号的解调。3.根据权利要求2所述的基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法，其特征在于，所述方法在调整光路结构、更换环境变量敏感材料的前提下，通信信号、传感信号也可加载于其它光学自由度。4.根据权利要求1或2所述的基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法，其特征在于，所述方法利用同一光学系统将传感信号加载于全光通信信号，通信信号和传感信号编译于不同的光学自由度上。5.根据权利要求1所述的基于镀层结构的芯片集成通信传感信号一体化处理方法，其特征在于，所述方法包括：S1、通信信号的加载，将通信信号通过外接电极加载于电压敏感二维层状材料镀层上，通过改变自由载流子浓度调节芯片集成波导折射率并实现对传输光场的电光相位调制，通过干涉仪等结构将生成强度复刻电学信号的全光通信信号；S2、传感信号的加载，将全...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，张洁，刘金生，陈浩，
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：
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