CN105071866B - 基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置 - Google Patents

基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105071866B
CN105071866B CN201510402302.6A CN201510402302A CN105071866B CN 105071866 B CN105071866 B CN 105071866B CN 201510402302 A CN201510402302 A CN 201510402302A CN 105071866 B CN105071866 B CN 105071866B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
resonant cavity
light
millimeter
modulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510402302.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105071866A (zh
Inventor
潘听
吴佳旸
彭继宗
邱辞源
苏翼凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201510402302.6A priority Critical patent/CN105071866B/zh
Publication of CN105071866A publication Critical patent/CN105071866A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105071866B publication Critical patent/CN105071866B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

一种基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置，包括：依次连接的光发生模块、微环谐振腔和光分析模块；光发生模块包括：依次连接的射频源、马赫增德尔调制器、相位调制器、掺饵光纤放大器、可调光滤波器和光隔离器；微环谐振腔包括：Sagnac反射器结构和两个光耦合直波导，其中：两个光耦合直波导分别与Sagnac反射器结构的输入端和输出端耦合；光分析模块包括：依次连接的光纤分束器、掺饵光纤放大器、可调光滤波器、光电探测器和采样示波器；本发明能够有效发生和调节毫米波信号，降低器件体积和成本，并可提升系统的稳定性和重复性。

Description

基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置
技术领域
本发明涉及的是一种光纤通信领域的技术，具体是一种基于硅基自耦合微环谐振腔的毫米波信号产生装置。
背景技术
高质量的微波/毫米波信号源在无线通信、光载射频网络、军事雷达系统、星间链路等系统中具有极其重要的作用。由于受到电子器件处理速率的限制，传统的电子技术对于高速微波信号产生的研究逐渐接近瓶颈。利用光子技术产生、处理和传输高频微波/毫米波信号不仅可以轻松地解决电子技术处理速率瓶颈的问题，更能将信号传输至更远的距离，并且具有低损耗、高带宽和抗电磁干扰能力强等特性。随着CMOS技术的不断发展，高频CMOS电路的制作工艺更趋成熟，制作工作频率在几十GHz的电路已变得很容易。
但在上行链路中，毫米波信号必须通过外部的调制器，才能调制到光信号上，因而系统的实际可工作频率取决于现在的外部调制器而不是毫米波收发器的工作频率上限。尽管已有调制频率可达数百GHz的光外部调制器，但是由于其驱动电路复杂、成本高，使得每个基站成本非常高，不利于基站的大量架设。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101873172B，公告日2013.1.2，公开了一种基于光纤环形谐振腔的毫米波发生装置及方法，包括：半导体光放大器、1*2保偏光耦合器、马赫增德尔强度调制器、三端口保偏光环形器、保偏光纤光栅、保偏光延迟线依次相连，构成一个光纤环形谐振腔，由1*2保偏光耦合器的另一输出端得到的光纤环形谐振腔输出，经波长可调光梳滤波器与高速光电探测器相连，马赫增德尔强度调制器在频率为fm的微波源调制的情况下，通过控制马赫曾德尔强度调制器的直流偏置电压以及微调保偏光延迟线长度，在高速光电探测器的射频输出端发生频率为4fm的毫米波信号。但该技术的谐振腔结构复杂，且输出端毫米波信号频率取决于微波源调制的频率，不利于毫米波信号频率的连续调节，并且该技术制作工艺与成熟的CMOS加工工艺不兼容，不利于大规模集成和开发。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于硅基自耦合微环谐振腔的毫米波信号产生装置，采用分插复用型硅基自耦合微环谐振腔的反射端对光频率梳中的某些频率成分进行提取并拍频，可实现毫米波信号的产生，并可以通过改变分裂谐振峰间的距离而调节毫米波信号的频率。同时，采用高折射率差的基于绝缘体上硅结构(SOI)，其制作工艺与成熟的CMOS加工工艺相兼容，有利于大规模集成和开发，这对以后集成光学芯片的微型化、高速化以及低功耗具有重大意义。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于分插复用型硅基自耦合微环谐振腔的毫米波信号产生装置，包括：依次连接的光发生模块、待测器件和光分析模块。
所述的光发生模块包括：依次连接的射频源、马赫增德尔调制器、相位调制器、掺饵光纤放大器、可调光滤波器和光隔离器。
所述的射频源与马赫增德尔调制器之间、马赫增德尔调制器与相位调制器之间、可调光滤波器与光隔离器之间分别串联设置有偏振控制器。
所述的马赫增德尔调制器和相位调制器之间并联设置有光频率梳优化模块。
所述的光频率梳优化模块包括：无线电频率合成器、电相移器和两个电放大器，其中：两个电放大器分别与无线电频率合成器和电相移器相连，无线电频率合成器与电相移器相连。
所述的待测器件为分插复用型硅基自耦合微环谐振腔，包括：Sagnac反射器结构和两个光耦合直波导，其中：两个光耦合直波导分别与Sagnac反射器结构的输入端和输出端耦合。
所述的Sagnac反射器结构为中央耦合的环形结构。
所述的光分析模块包括：依次连接的光纤分束器、掺饵光纤放大器、可调光滤波器、光电探测器和采样示波器。
所述的光纤分束器的一个输出端与掺饵光纤放大器相连，另一个输出端与光谱分析仪相连。
本装置通过以下方式生成毫米波信号：
1)光发生模块产生射频信号，经相位优化和放大后产生光频率梳，经放大滤波后输入待测器件；
2)调节光发生模块产生的连续光的波长，使待测器件频率分量的中心与待测器件分裂透射峰的中心对准；
3)提取待测器件的频率分量；
4)待测器件输出的光信号进入光分析模块分作两路，一路进入光谱分析仪，另一路经放大、滤波和光电转换后进入采样示波器进行时域波形观测，取得毫米波信号。
技术效果
与现有技术相比，本发明基于硅基集成光子器件的毫米波信号产生装置能够有效发生和调节毫米波信号，降低器件体积和成本，并可提升系统的稳定性和重复性。
附图说明
图1为本发明示意图；
图中：1为可调激光器，2为偏振控制器，3为马赫增德尔调制器，4为相位调制器，5为电放大器，6为电相移器，7为无线电频率合成器，8为掺饵光纤放大器，9为可调光滤波器，10为光隔离器，11为硅基自耦合微环谐振腔，12为光纤分束器，13为光电探测器，14为采样示波器，15为光谱分析仪；
图2为待测器件结构示意图；
图中：16为Sagnac反射器结构，17为中心耦合器，t1为Sagnac反射器与直波导之间的直通系数，t2为中心耦合区的直通系数，K1为Sagnac反射器与直波导之间的耦合系数，K2为中心耦合区的耦合系数；
图3为图2中t1＝0.95，t2＝0.97时待测器件归一化功率传输谱；
图中：(a)为输入端到输出的归一化功率传输谱，(b)为(a)中虚线框所示分裂谐振峰归一化功率传输谱；
图4为待测器件原理图；
图中：f0为硅基自耦合微环谐振腔的中心频率，BP为分裂透射峰间的距离；
图5为两个待测器件A和B的扫描频谱图；
图6为光分析模块输入端光频率梳；
图7为待测器件A光分析模块输出端谱图；
图中：(a)为输出光谱，(b)为毫米波信号；
图8为待测器件B光分析模块输出端谱图；
图中：(a)为输出光谱，(b)为毫米波信号。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：依次连接的光发生模块、待测器件11和光分析模块。
所述的光发生模块包括：依次连接的射频源1、马赫增德尔调制器3、相位调制器4、掺饵光纤放大器8、可调光滤波器9和光隔离器10。
所述的射频源1与马赫增德尔调制器3之间、马赫增德尔调制器3与相位调制器4之间、可调光滤波器9与光隔离器10之间分别串联设置有偏振控制器2。
所述的马赫增德尔调制器3和相位调制器4之间并联设置有光频率梳优化模块。
所述的光频率梳优化模块包括：无线电频率合成器7、电相移器6和两个电放大器5，其中：两个电放大器5分别与无线电频率合成器7和电相移器6相连，无线电频率合成器7与电相移器6相连。
如图2所示，所述的待测器件11为分插复用型硅基自耦合微环谐振腔，包括：Sagnac反射器结构16和两个光耦合直波导，其中：两个光耦合直波导分别与Sagnac反射器结构16的输入端和输出端耦合。
所述的Sagnac反射器结构16为中央耦合的环形结构，包括中央耦合器17。
所述的光分析模块包括：依次连接的光纤分束器12、掺饵光纤放大器8、可调光滤波器9、光电探测器13和采样示波器14。
所述的光纤分束器12的一个输出端与掺饵光纤放大器8相连，另一个输出端与光谱分析仪15相连。
如图3和图4所示，t1＝0.95，t2＝0.97时，所述的待测器件11存在由不同谐振模式相互耦合而产生的谐振分裂现象，当中心耦合器17的耦合强度不同时，分裂透射峰间的距离BP也会发生相应变化，因而可利用待测器件11反射端的滤波特性将输入的光频率梳中的特定频率成分提取出来，经光电探测器13拍频后得到相应的毫米波信号。
所述的待测器件11的插入损耗为15dB。
所述的直波导横截面为500*220nm2，以降低波导传输损耗提升谐振峰Q值。
本装置通过以下方式生成毫米波信号：
1)如图1和图5所示，射频源1产生10Gb/s的射频信号，经光频率梳优化模块相位优化和电放大器5放大后产生光频率梳，经电放大器5放大和可调滤波器6滤波后输入两个待测器件A和B。
所述的待测器件A和B的中心耦合器17的长度分别为3.5μm和3μm。
所述的待测器件A和B的自耦合环路长度均为2.5μm。
2)调节射频源1产生的连续光的滤长，使待测器件A和B频率分量的中心与各自分裂透射峰的中心对准。
如图5所示，待测器件A分裂透射峰间的波长间隔为0.31nm，待测器件B分裂透射峰间的波长间隔为0.23nm，对应频率间隔分别为39GHz和29GHz。
3)如图6所示，通过硅基自耦合微环谐振腔反射端提取待测器件A和B的频率分量，相邻谱线间的频率间隔为10GHz。
4)如图7和图8所示，待测器件A和B输出的光信号经光纤分束器分作两路，一路(10％)进入光谱分析仪，另一路(90％)经掺饵光纤放大器8放大、可调光滤波器9滤波和光电探测器拍频后进入采样示波器进行时域波形观测，取得相应的毫米波信号，与所测得的频率间隔相同。
可选地，待测器件11采用干涉耦合器结构，可实现透射峰频率间距的连续调节，进而动态调节产生毫米波信号的频率。

Claims (3)

1.一种基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置，其特征在于，包括：依次连接的光发生模块、微环谐振腔和光分析模块，其中：光发生模块包括：依次连接的射频源、马赫增德尔调制器、相位调制器、掺饵光纤放大器、可调光滤波器和光隔离器；光分析模块包括：依次连接的光纤分束器、掺饵光纤放大器、可调光滤波器、光电探测器和采样示波器；
所述的马赫增德尔调制器和相位调制器之间并联设置有光频率梳优化模块，该光频率梳优化模块包括：无线电频率合成器、电相移器和两个电放大器，其中：两个电放大器分别与无线电频率合成器和电相移器相连，无线电频率合成器与电相移器相连；
所述的微环谐振腔包括：Sagnac反射器结构和两个光耦合直波导，其中：两个光耦合直波导分别与Sagnac反射器结构的输入端和输出端耦合，该Sagnac反射器结构为中央耦合的环形结构。
2.根据权利要求1所述的基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置，其特征是，所述的射频源与马赫增德尔调制器之间、马赫增德尔调制器与相位调制器之间、可调光滤波器与光隔离器之间分别串联设置有偏振控制器。
3.根据权利要求1所述的基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置，其特征是，所述的光纤分束器的一个输出端与掺饵光纤放大器相连，另一个输出端与光谱分析仪相连。
CN201510402302.6A 2015-07-10 2015-07-10 基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置 Expired - Fee Related CN105071866B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510402302.6A CN105071866B (zh) 2015-07-10 2015-07-10 基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510402302.6A CN105071866B (zh) 2015-07-10 2015-07-10 基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105071866A CN105071866A (zh) 2015-11-18
CN105071866B true CN105071866B (zh) 2017-08-15

Family

ID=54501165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510402302.6A Expired - Fee Related CN105071866B (zh) 2015-07-10 2015-07-10 基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105071866B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110729623B (zh) * 2019-10-18 2021-03-30 北京无线电计量测试研究所 一种微波源
CN111953425B (zh) * 2020-08-04 2021-05-28 中国舰船研究设计中心 高灵敏度光子辅助超宽带毫米波接收机

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103986671A (zh) * 2014-05-20 2014-08-13 上海交通大学 基于嵌套式硅基微环谐振腔的无阻塞2×2光交换节点
CN104375242A (zh) * 2014-11-06 2015-02-25 上海交通大学 基于嵌套子环对硅基微环谐振腔的波长选择开关

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7965914B2 (en) * 2008-10-30 2011-06-21 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Critically coupled microring resonator and method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103986671A (zh) * 2014-05-20 2014-08-13 上海交通大学 基于嵌套式硅基微环谐振腔的无阻塞2×2光交换节点
CN104375242A (zh) * 2014-11-06 2015-02-25 上海交通大学 基于嵌套子环对硅基微环谐振腔的波长选择开关

Also Published As

Publication number Publication date
CN105071866A (zh) 2015-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ji et al. Optical waveform sampling and error-free demultiplexing of 1.28 Tb/s serial data in a nanoengineered silicon waveguide
CN104618022B (zh) 毫米波信号的光子学产生方法及装置
US8014676B2 (en) CMOS-compatible tunable microwave photonic band-stop filter
CN101303506B (zh) 基于硅基环形谐振腔的光微分器
CN108521304B (zh) 一种超大微波延时器件
CN103401141B (zh) 一种基于直接调制分布反馈式半导体激光器的光电振荡器
CN108199776A (zh) 一种基于光电振荡器的微波光子上变频装置及方法
CN103297145A (zh) 全光产生十六倍频毫米波的装置
CN202695962U (zh) 基于受激布里渊散射效应的宽带连续可调谐光电振荡器
CN104991395A (zh) 基于硅基微盘谐振腔的光子射频移相器
CN104113378A (zh) 半导体光放大器的可调谐微波信号源的装置与方法
CN103278888A (zh) 一种基于受激布里渊散射的宽通带可重构微波光子滤波装置及滤波方法
CN102751644A (zh) 基于受激布里渊散射效应的宽带连续可调谐光电振荡器
Liu et al. Tunable and reconfigurable microwave photonic bandpass filter based on cascaded silicon microring resonators
CN105071866B (zh) 基于微环谐振腔的毫米波信号发生装置
Wang et al. Millimeter-wave signal generation with tunable frequency multiplication factor by employing UFBG-based acousto-optic tunable filter
CN101320188B (zh) 基于硅基环形谐振腔的光子可调宽带射频移相器
CN103199795B (zh) 一种独立非相干双激光低相位噪声16倍频信号生成装置
CN106374324A (zh) 基于偏振调制器的可调谐二倍频光电振荡器系统
CN104051934B (zh) 基于电学环路滤波的光电振荡器及方法
CN113984677B (zh) 基于微腔光孤子提取相干本振光的压缩态探测方法及装置
CN105896236A (zh) 双长环结构无滤波器宽带可调谐光电振荡器
CN104852272A (zh) 多波长谐波频率时域合成的光学函数信号发生器
CN104991355B (zh) 基于硅基自耦合微环谐振腔的微波光子陷波装置
CN204180086U (zh) 半导体光放大器的可调谐微波信号源的装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170815

Termination date: 20200710