CN108039542B - 一种片上集成可调带宽微波滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种片上集成可调带宽微波滤波器，涉及光电器件技术领域。该片上集成可调带宽微波滤波器包括：低折射率衬底层，以及形成于所述低折射率衬底层之上且通过光波导相连的光输入端、高速电光调制器、可调带宽滤波器、1×2分束器、高速光电探测器、光输出端。其中，可调带宽滤波器用于微波信号的滤波，并通过改变耦合波导与谐振腔的耦合系数，实现带宽可调。本发明能解决现有技术微波滤波器带宽不可调的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光电器件技术领域，具体来讲是一种片上集成可调带宽微波滤波器。
背景技术
近年来，由于光通信与微波通信的快速融合，光电技术的迅速发展以及“微波光子学”这一概念的提出，微波光子滤波器作为其中的一个方向，也开始蓬勃发展，并呈现出前所未有的发展潜力和应用前景。微波光子滤波器是在光域中实现对微波信号进行处理的重要器件，其具有很好的调谐性和很高的品质因子(Q)，这些都是传统的电子技术难以实现的。
目前，微波光子滤波器大多是使用光纤链路将多个离散的光学元件连接起来实现的，从而导致该滤波器系统体积庞大，昂贵而且功耗较大。随着集成光学的快速发展，片上集成微波光子滤波器也得到了一定的研究。但是，片上集成微波光子滤波器仍然存在一个问题：该片上集成微波光子滤波器难以实现滤波器的带宽可调。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种片上集成可调带宽微波滤波器，以解决现有技术微波滤波器带宽不可调的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：提供一种片上集成可调带宽微波滤波器，包括：低折射率衬底层，以及形成于所述低折射率衬底层之上且通过光波导相连的光输入端、高速电光调制器、可调带宽滤波器、1×2分束器、高速光电探测器、光输出端；所述可调带宽滤波器用于微波信号的滤波，并通过改变耦合波导与谐振腔的耦合系数，实现带宽可调。
在上述技术方案的基础上，所述可调带宽滤波器的谐振腔区域设置有一组电极，用于调节谐振腔的中心频率。
在上述技术方案的基础上，所述光输出端与外部的光谱仪连接，实现对光谱信号的监测。
在上述技术方案的基础上，该片上集成可调带宽微波滤波器根据使用的高速电光调制器的不同，可实现可调带宽带通微波滤波器或可调带宽带阻微波滤波器。
在上述技术方案的基础上，所述光输出端还与外部的反馈电路相连接，并通过外部的反馈电路与所述可调带宽滤波器电学连接，用于实现对所述可调带宽滤波器带宽的实时调节。
在上述技术方案的基础上，所述光输入端、所述光输出端均可选用光栅耦合器或端面耦合器。
在上述技术方案的基础上，所述高速电光调制器为高速相位调制器或高速强度调制器，且其调制速率不小于微波的频率。
在上述技术方案的基础上，所述可调带宽滤波器的结构为微环谐振腔结构或微盘谐振腔结构。
在上述技术方案的基础上，所述1×2分束器选用Y分支耦合器、方向耦合器、多模干涉耦合器中的一种。
在上述技术方案的基础上，所述高速光电探测器的探测速率不小于微波的频率。
本发明的有益效果在于：
1、本发明中，所设计的可调带宽滤波器可以通过改变耦合波导与谐振腔的耦合系数，从而实现带宽可调，解决了现有技术中微波滤波器带宽不可调的问题。
2、本发明中，在可调带宽滤波器的谐振腔区域还增设有一组用于调节谐振腔的中心频率的电极，从而实现了可调带宽滤波器的中心频率的调节，进而使得本发明能在实现带宽可调的基础上，还能实现中心频率可调的效果，实用性更强。
3、本发明中，片上集成可调带宽微波滤波器的光输出端还可以与外部的反馈电路相连接，并通过外部的反馈电路与所述可调带宽滤波器电学连接，用于实现对所述可调带宽滤波器带宽和中心频率的实时调节。
4、本发明的片上集成可调带宽微波滤波器可以根据使用的高速电光调制器的不同，分别实现可调带宽带通微波滤波器和可调带宽带阻微波滤波器，满足了各种使用需求，适用范围广。
5、本发明的片上集成可调带宽微波滤波器还能够与CMOS工艺相兼容，结构尺寸小，易于制备和集成，利用大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例中片上集成可调带宽微波滤波器的结构示意图。
附图标记：
101-低折射率衬底层；
102-光输入端；
103-高速电光调制器；
104-可调带宽滤波器；
105-1×2分束器；
106-高速光电探测器；
107-光输出端。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种片上集成可调带宽微波滤波器，该滤波器包括低折射率衬底层101，以及形成于所述低折射率衬底层101之上的光输入端102、高速电光调制器103、可调带宽滤波器104、1×2分束器105、高速光电探测器106、光输出端107；并且光输入端102、高速电光调制器103、可调带宽滤波器104、1×2分束器105、高速光电探测器106和光输出端107之间通过光波导相连接。其中，所述可调带宽滤波器104用于微波信号的滤波，并且可以通过改变耦合波导与谐振腔的耦合系数，实现带宽可调。
具体来说，所述光输入端102用于光波的输入，实际应用中可选用光栅耦合器或者端面耦合器。所述高速电光调制器103用于实现电信号到光信号的加载，实际应用中该高速电光调制器103可以是高速相位调制器或者高速强度调制器，其调制速率应不小于微波的频率。所述可调带宽滤波器104的结构包括但不限于微环谐振腔结构或微盘谐振腔结构；并且，实际应用中还可在上述谐振腔区域增设一组电极用于调节谐振腔的中心频率。所述1×2分束器105用于将光波导分为两路，并且可以得到适当的分光比；实际应用中，其可以选用Y分支耦合器、方向耦合器、多模干涉耦合器中的一种。所述高速光电探测器106用于微波信号的接收，其探测速率应不小于微波的频率。所述光输出端107用于连接外部的光谱仪，实现对光谱信号的监测；当监测到光谱信号变化后，后期可通过手动或其他自动调节的方法对可调带宽滤波器104进行调节；实际应用中，其可以选用光栅耦合器或者端面耦合器。
进一步地，可以理解的是，由于实际应用中所述高速电光调制器103可以是高速相位调制器或者是高速强度调制器，因此，该片上集成可调带宽微波滤波器可以根据使用的高速电光调制器103的不同分别实现可调带宽带通微波滤波器和可调带宽带阻微波滤波器。
更进一步地，为了实现对可调带宽滤波器104的带宽和中心频率的实时自动调节，从而达到对该片上集成可调带宽微波滤波器的有效实时控制。在实际应用中，所述光输出端107还可以与外部的反馈电路相连接，并通过外部的反馈电路与所述可调带宽滤波器104电学连接。实际使用时，光输出端107通过连接的外部光谱仪可实现对光谱信号的监测；一旦监测到光谱信号变化且需要对可调带宽滤波器104进行实时调节时，则可通过外部的反馈电路对可调带宽滤波器104的带宽和/或中心频率进行实时的调节。
本发明实施例的片上集成可调带宽微波滤波器中，所设计的可调带宽滤波器104可以通过改变耦合波导与谐振腔的耦合系数，实现带宽可调，解决了现有技术中微波滤波器带宽不可调的问题。并且，在带宽可调的基础上，还能实现滤波器中心频率可调的效果，实用性更强。与此同时，该片上集成可调带宽微波滤波器还能够与CMOS工艺相兼容，结构尺寸小，易于制备和集成，利用大规模生产。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种片上集成可调带宽微波滤波器，其特征在于，该片上集成可调带宽微波滤波器包括：低折射率衬底层，以及形成于所述低折射率衬底层之上且通过光波导相连的光输入端、高速电光调制器、可调带宽滤波器、1×2分束器、高速光电探测器、光输出端；
所述可调带宽滤波器用于微波信号的滤波，并通过改变耦合波导与谐振腔的耦合系数，实现带宽可调；
所述光输出端与外部的反馈电路相连接，并通过外部的反馈电路与所述可调带宽滤波器电学连接，用于实现对所述可调带宽滤波器带宽的实时调节。
2.如权利要求1所述的片上集成可调带宽微波滤波器，其特征在于：所述可调带宽滤波器的谐振腔区域设置有一组电极，用于调节谐振腔的中心频率。
3.如权利要求1所述的片上集成可调带宽微波滤波器，其特征在于：所述光输出端与外部的光谱仪连接，实现对光谱信号的监测。
4.如权利要求1所述的片上集成可调带宽微波滤波器，其特征在于：该片上集成可调带宽微波滤波器根据使用的高速电光调制器的不同，可实现可调带宽带通微波滤波器或可调带宽带阻微波滤波器。
5.如权利要求1至4中任一项所述的片上集成可调带宽微波滤波器，其特征在于：所述光输入端、所述光输出端均可选用光栅耦合器或端面耦合器。
6.如权利要求1至4中任一项所述的片上集成可调带宽微波滤波器，其特征在于：所述高速电光调制器为高速相位调制器或高速强度调制器，且其调制速率不小于微波的频率。
7.如权利要求1至4中任一项所述的片上集成可调带宽微波滤波器，其特征在于：所述可调带宽滤波器的结构为微环谐振腔结构或微盘谐振腔结构。
8.如权利要求1至4中任一项所述的片上集成可调带宽微波滤波器，其特征在于：所述1×2分束器选用Y分支耦合器、方向耦合器、多模干涉耦合器中的一种。
9.如权利要求1至4中任一项所述的片上集成可调带宽微波滤波器，其特征在于：所述高速光电探测器的探测速率不小于微波的频率。
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