一种部分集成光电振荡器制造技术

本发明专利技术公开了一种部分集成光电振荡器，涉及微波光子信号产生领域。本发明专利技术包括光学环路和电学环路，光学环路包括采用光子引线连接的半导体激光器、光延迟线和光电探测器，电学环路包括电放大器、滤波器和功分器。本发明专利技术通过光子引线键合技术实现光电振荡器系统中光电器件的集成，从而减小光电振荡器系统的体积和重量，该种集成方案制备过程简单，有利于大规模生产。模生产。模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种部分集成光电振荡器


[0001]本专利技术涉及一种微波光子
，尤其涉及一种部分集成光电振荡器。
技术背景
[0002]高质量的微波信号广泛应用于传感、通信、测量等民用领域，以及雷达、电子对抗等军事领域中。随着信息时代快速的发展，低频的电磁波资源日益短缺。研究人员开始向更短波长、更高频率的电磁波段开拓，期望获得更大的带宽。传统的微波信号产生主要依靠低频晶振源倍频获得，但这种方式获得的信号质量会随倍频次数增加而下降(倍频N次，相位噪声恶化20log
10
N dB)。相对于传统的电子学方法，微波光子技术可以产生更高频率、更大带宽的微波信号。
[0003]微波光子技术中的光电振荡器(OEO)系统因其能产生低相位噪声、高频谱纯度的微波信号而受到广泛的关注。目前所报道的OEO产生的微波信号的相位噪声最低为
‑
163dBc/Hz(@6kHz)，振荡频率为10GHz，系统中使用的光纤长度为16km。传统的光电振荡器系统采用激光器、调制器、长光纤、光电探测器、电放大器和电滤波器等器件组成。由于系统采用分立的器件，以及利用长光纤作为储能器件导致系统体积较大，且系统中的长光纤易受环境因素的影响，不利于实际应用。
[0004]小型化OEO系统则是近年来该领域的研究重点之一。OEO系统小型化的一个方向是采用高Q值光学谐振腔代替长光纤。另一个方向是采用单片集成器件代替系统中分立的器件。单片集成器件可以减小系统的体积。但由于衬底材料的性能的限制，并不是所有器件都适合制备在同一衬底材料上，且多个器件的集成芯片对工艺水平要求较高，制备工艺复杂，成品率较低。

技术实现思路

[0005]针对光电振荡器系统小型化的问题，本专利技术提供了一种部分集成光电振荡器。本专利技术通过光子引线键合技术实现光电振荡器系统中光电器件的集成，从而减小光电振荡器系统的体积和重量，且制备过程简单，有利于大规模生产。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种部分集成光电振荡器，包括光学环路和电学环路，所述光学环路包括通过光子引线连接的半导体激光器、光延迟线和光电探测器；
[0008]所述半导体激光器用于输出被调制的连续的光信号；所述光信号通过光延迟线延时后进入光电探测器；所述光电探测器将光信号转化为电信号；所述电信号经过电学环路后一部分反馈调制半导体激光器，形成闭合光电环路，另外一部分输出微波信号。
[0009]进一步地，所述光学环路中的半导体激光器、光延迟线和光电探测器芯片贴装在同一基片上，通过光子引线键合实现连接，实现OEO系统中不同材料芯片的光学集成。
[0010]进一步地，所述半导体激光器为直调半导体激光器或单片集成电吸收调制激光器。
[0011]进一步地，所述光延迟线为基于绝缘体上硅或氮化硅的螺旋线结构的光波导。
[0012]进一步地，所述光电探测器为硅基或者铟磷基的高带宽低噪声光电探测器。
[0013]进一步地，所述电学环路包括电放大器、电滤波器和功分器，电信号经过电放大器放大和电滤波器滤波后，进入功分器分为两路，一路电信号反馈调制半导体激光器，另一路电信号输出。
[0014]进一步地，所述电滤波器决定系统的振荡频率，电滤波器为中心频率固定的带通滤波器，实现单频率微波信号的输出，或者为中心频率可调谐的电滤波器，实现可调谐微波信号输出。
[0015]本专利技术的有益效果在于：
[0016](1)本专利技术光电振荡器中的激光器、光延迟线和光电探测器通过以光子引线键合的方式集成，从而减小光电振荡器系统的体积和重量。
[0017](2)本专利技术采用光子引线键合技术实现OEO系统中激光器、光延迟线和光电探测器的集成，该方案可以实现不同材料体系的半导体激光器、光延迟线和光电探测器的光学集成，具有灵活性，不需要高精度的光学对准，制备过程简单的优势。
[0018](3)本专利技术使用片上光延迟线代替传统的光纤，有利于系统的小型化，同时光延迟线的环路模式间距较大，降低了对滤波器的带宽要求，有利于实现单频振荡。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例部分集成光电振荡器的结构示意图。
[0020]图2是螺旋状光延迟线结构示意图。
具体实施方式
[0021]为更好的理解本公开的内容，下面结合实施例和附图对本公开的技术方案进行更加详细的说明。对于本实施例只是用于完整的描述本公开，并不是本公开的全部实施例。
[0022]一种部分集成光电振荡器，包括光学环路和电学环路，光学环路包括：半导体激光器、光延迟线和光电探测器；
[0023]所述光学环路中的激光器、光延迟线和光电探测器芯片贴装在同一基片上，通过光子引线连接实现集成。半导体激光器用于输出被调制的光信号；所述光信号通过光延迟线延时后进入光电探测器；所述光电探测器将光信号转化为电信号后进入电学环路；所述电信号经过电学环路后一部分反馈调制半导体激光器，另外一部分输出射频信号。
[0024]其中，所述半导体激光器可为直调半导体激光器或电吸收调制激光器；
[0025]所述光延迟线可为基于绝缘体上硅(SOI)或氮化硅等低损耗材料的螺旋状结构的光波导；
[0026]所述光电探测器可为硅基或者铟磷基的大带宽低噪声光电探测器；
[0027]电滤波器可以为中心频率固定的带通滤波器，实现单频率微波信号的输出，也可以为中心频率可调谐电滤波器(钇铁石榴石滤波器)，实现可调谐微波信号输出。
[0028]下面为更具体的例子：
[0029]一种部分集成光电振荡器，包括光学环路和电学环路，结构示意图如图1所示，光学环路包括由光子引线连接的半导体激光器1、光延迟线2和光电探测器3。半导体激光器用
于发射连续光信号，光信号进入光延迟线延时后进入光电探测器，光电探测器将光信号转化为电信号，电信号经过电环路的电放大器4放大和滤波器5滤波后，通过功分器6分为两部分，一部分反馈回半导体激光器进行调制，形成闭合的光电振荡环路，另外一部分微波信号输出。本实施例中将光学环路的半导体激光器、光延迟线和探测器芯片集成，减小了光电振荡器系统的体积和重量，有益于光电振荡器系统的小型化。
[0030]优选的，半导体激光器在直流信号和反馈信号的驱动下输出连续光信号，半导体激光器可以采用直调半导体激光器或者单片集成电吸收调制激光器。
[0031]在本实施例中，根据半导体激光器1、光延迟线2和光电探测器3的大小和高度定制基片，将芯片放置在基片上，利用光子引线实现半导体激光器1、光延迟线2和光电探测器3之间的连接。
[0032]优选的，如图2所示，光延迟线2是采用基于绝缘体上硅(SOI)或氮化硅等低损耗材料的螺旋线结构的光波导，具有尺寸小的优势，也可采用直弯形和交叉形结构的光波导。
[0033]优选的，光电探测器3在系统中实现光信号到电信号的转换，光电探测器可以采用硅基或者铟磷基材料的大带宽低噪声光电探测器，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种部分集成光电振荡器，包括光学环路和电学环路，其特征在于，所述光学环路包括通过光子引线连接的半导体激光器、光延迟线和光电探测器；所述半导体激光器用于输出被调制的连续的光信号；所述光信号通过光延迟线延时后进入光电探测器；所述光电探测器将光信号转化为电信号；所述电信号经过电学环路后一部分反馈调制半导体激光器，形成闭合光电环路，另外一部分输出微波信号。2.根据权利要求1所述的一种部分集成光电振荡器，其特征在于，所述光学环路中的半导体激光器、光延迟线和光电探测器芯片贴装在同一基片上，通过光子引线键合实现连接，实现系统中不同材料芯片的光学集成。3.根据权利要求1所述的一种部分集成光电振荡器，其特征在于，所述半导体激光器为直调半导体激光器或单片集成电吸收调制激光器。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐合飞，马向，李少波，于文琦，丁跃迪，何剑涛，刘博缘，杨瑾，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：