CN114200581B - 微波光子滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种微波光子滤波器，包括：基底；微环滤波模块，位于所述基底上，包括悬臂梁波导；其中，所述微环滤波模块为环形；所述悬臂梁波导为脊形多模波导，用于对微波信号进行滤波。

Description

微波光子滤波器

技术领域

本申请属于微波光子信号处理和光子集成器件领域，具体涉及但不限于一种微波光子滤波器。

背景技术

信号处理是信息技术系统中的关键功能，随着信号速率和信道容量的日渐提升，对信号处理技术所提出的要求和挑战也随之提高。传统的电子器件在处理和传输高频信号方面受到较大限制，利用光子技术来产生、传输和处理微波信号的微波光子学有望解决上述问题。

滤波技术是信号处理中的关键，在微波频段方面，微波光子滤波器(MicrowavePhotonic Filter，MPF)利用光电转换将微波信号转换到光域中进行处理再转换为微波信号，可以利用光域处理的速率快、带宽大和抗电磁干扰等特点提升微波滤波性能。除此之外，相比于基于电子技术的滤波器，微波光子滤波器还具有更好的灵活性，可以根据需求改变滤波器通带或阻带的特性，使其应用于更广泛的场景。因此，对微波光子滤波器的研究具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种微波光子滤波器，包括：

基底；

微环滤波模块，位于所述基底上，包括悬臂梁波导；其中，所述微环滤波模块为环形；所述悬臂梁波导为脊形多模波导，用于对微波信号进行滤波。

在一些实施例中，所述悬臂梁波导包括：

绝缘结构，位于所述基底上，包括绝缘层，所述绝缘层中包括沿所述微环滤波模块环形延伸方向的空气槽；其中，所述空气槽的底部连通所述基底；

悬臂梁结构，位于所述空气槽上，且至少部分与所述绝缘层连接。

在一些实施例中，所述悬臂梁结构由硅组成，所述绝缘层由二氧化硅组成。

在一些实施例中，所述微环滤波模块还包括：

模斑转换器，与所述悬臂梁波导的第一端连接，用于实现单模波导和多模波导之间的转换；其中，所述第一端为所述悬臂梁波导的任一端。

在一些实施例中，所述微环滤波模块包括两个所述悬臂梁波导；所述两个悬臂梁波导位于所述微环滤波模块相对的两侧。

在一些实施例中，所述微环滤波模块还包括：

第一半环形波导，两端分别与所述模斑转换器连接；其中，所述第一半环形波导为单模波导；

第二半环形波导，位于与所述第一半环形波导相对的一侧，两端分别与所述两个悬臂梁波导的第二端连接。

在一些实施例中，所述微波光子滤波器还包括：

加热单元，位于所述第二半环形波导上，用于对所述第二半环形波导进行加热。

在一些实施例中，所述加热单元具有可控加热温度；所述可控加热温度用于调整所述微波光子滤波器的滤波通带的中心频率。

在一些实施例中，所述微波光子滤波器还包括：

直波导，位于所述基底上，且位于所述微环滤波模块的一侧，用于将待滤波信号耦合至所述微环滤波模块和将滤波后的信号进行耦合输出。

在一些实施例中，所述微波光子滤波器还包括：

输入单元，位于所述基底上，与所述直波导的输入端连接，用于将所述待滤波信号输入至所述直波导。

在一些实施例中，所述输入单元包括：光输入模块、电光调制模块以及光放大模块；

所述光输入模块，与所述电光调制模块连接；所述光输入模块用于产生光信号，并将所述光信号作为载波输出至所述电光调制模块；

所述电光调制模块，与所述光放大模块连接，用于将所述微波信号调制到所述载波，得到调制光信号；

所述光放大模块，用于将所述调制光信号进行放大处理，以产生所述待滤波信号。

在一些实施例中，所述光放大模块具有可控功率；所述可控功率用于调整所述微波光子滤波器的滤波通带的抑制比。

在一些实施例中，所述微波光子滤波器还包括：

光电探测模块，位于所述基底上，与所述直波导的输出端连接，用于将滤波后的所述微波信号输出所述微波光子滤波器。

在一些实施例中，所述基底为硅基底。

本申请实施例提供的微波光子滤波器，环形的微环滤波模块位于基底上，并且通过所述微环滤波模块中的脊形多模悬臂梁波导实现微波信号的滤波。这样一方面可以对光子和声子有更好的限制作用，增强布里渊散射效应的增益效果；另一方面可以减小传输损耗，提供更窄的增益带宽，从而达到更好的频率选择性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种微波光子滤波器的可选的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种悬臂梁波导的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种微波光子滤波器的可选的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种微波光子滤波器的可选的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种微波光子滤波器的可选的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种微波光子滤波器的示意图；

图7为本申请实施例提供的一种微波光子滤波器的示意图；

图8A至8D为本申请实施例提供的一种可调滤波效果的原理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在一些实施例中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里可以不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

一般地，术语可以至少部分地从上下文中的使用来理解。例如，至少部分地取决于上下文，如本文中所用的术语“一个或多个”可以用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或者可以用于以复数意义描述特征、结构或特性的组合。类似地，诸如“一”或“所述”的术语同样可以被理解为传达单数用法或传达复数用法，这至少部分地取决于上下文。另外，属于“基于”可以被理解为不一定旨在传达排他的一组因素，并且可以替代地允许存在不一定明确地描述的附加因素，这同样至少部分地取决于上下文。

除非另有定义，本文所使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

在本申请实施例中，所述微波光子滤波器可以通过布里渊散射效应来实现滤波。这里的布里渊散射是指受激布里渊散射，又称声子散射，通常是源于光场与声波场的相互作用。具体地，当功率较小的泵浦光在介质中传播时，由于自发布里渊散射效应，会产生沿泵浦光相反方向传播的斯托克斯散射光；当泵浦光的强度达到某一阈值时，上述斯托克斯散射光和泵浦光将发生干涉作用，从而产生较强的干涉条纹，使得介质局部折射率大大增加。进一步地，由于电致收缩效应，使介质发生周期性密度和介电常数的变化，从而产生感生声波场，导致激发出更多的布里渊散射光，并反过来加强感生声波，形成泵浦光场与感生声波场的相干散射。如此相互作用，便产生了很强的散射，即受激布里渊散射(StimulatedBrillouin Scattering，SBS)。

需要说明的是，上述介质中的声波场与光场可以相互增强，用于补充各自的损耗。并且通过布里渊效应产生的散射光具有发射角小、线宽窄等特点，从而可以实现很窄的滤波带宽和很好的频率选择性。

在一些实施例中，布里渊散射可以基于硫化物或氮化硅等非硅基材料实现，这样导致不能与CMOS工艺兼容，从而限制了器件大规模生产。在另一些实施例中，传统硅基的衬底材料对声子具有较大的耗散，实现布里渊效应需要增强或补偿声波场与光场的相互作用，从而带来额外的功耗。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种微波光子滤波器10。如图1所示，所述微波光子滤波器10包括：

基底100；

微环滤波模块200，位于所述基底100上，包括悬臂梁波导210；其中，所述微环滤波模块200为环形；所述悬臂梁波导210为脊形多模波导，用于对微波信号进行滤波。

本申请实施例中，所述微波光子滤波器的基底是指片上器件(又称片式元器件)的衬底。具体地，可以将各种电子元器件以贴片或其他封装形式固定在上述基底上。示例性地，在本申请实施例中，所述微环滤波模块可以作为片上器件被固定于基底上。可以理解的是，这里的基底可以包括例如硫化物或氮化硅等的非硅基衬底，也可以包括硅基底。

需要说明的是，本申请实施例涉及的微环滤波模块为环形结构，并且包括悬臂梁波导。这里的悬臂梁波导是相对于条形或圆形等波导而言，示例性地，波导的结构可以是脊形，这样对光子和声子可以具有更好的限制作用，从而增强布里渊散射时声波场与光场的相互作用，以达到更好的增益效果。进一步地，由于布里渊效应产生的散射光具有发射角小、线宽窄等特点，因此可以实现很窄的滤波带宽和很好的频率选择性。

在另一方面，本申请实施例中的悬臂梁波导可以为多模波导，这样相对于单模波导而言，可以具有更大的传输带宽。因此，基于上述脊形结构和多模波导，本申请实施例中的微环滤波模块可以达到更高的Q(品质因数)值，提供更窄的增益带宽。需要说明的是，上述Q值代表的是所述微波光子滤波器的中心频率除以滤波器3dB带宽的比值。其中，Q值越高，说明该滤波器的带宽越窄，因此本申请实施例可以实现超窄带宽的片上微波光子滤波器。

在本申请实施例中，对输入的微波信号进行微波光子滤波，一方面可以借助光域处理速率快、带宽大和抗电磁干扰等特点提升滤波性能；另一方面可以通过悬臂梁波导限制光子和声子，并减小传输损耗，从而增强布里渊散射效应的增益效果，提供更窄的增益带宽，以及达到更好的频率选择性。

在一些实施例中，如图2所示，所述悬臂梁波导210包括：

绝缘结构211，位于所述基底上，包括绝缘层211a，所述绝缘层211a中包括沿所述微环滤波模块环形延伸方向的空气槽211b；其中，所述空气槽211b的底部连通所述基底100；

悬臂梁结构212，位于所述空气槽211b上，且至少部分与所述绝缘层211a连接。

在本申请实施例中，所述悬臂梁波导可以由位于基底上的绝缘结构和位于所述绝缘结构上的悬臂梁结构组成。其中，绝缘结构用于将基底与悬臂梁结构隔离开来，使得光信号可以在悬臂梁结构中传输，从而减少信号干扰和传输损耗。这里的绝缘结构还包括空气槽，位于悬臂梁结构的底部，这样便可以使得波导在绝缘结构的上方形成悬空的部分，从而更好的限制波导中光子和声子的传输损耗。可以理解的是，在悬臂梁波导的横截面上，所述空气槽的两侧应该与绝缘层连接，底部应该与基底连通，以支撑悬臂梁结构；在悬臂梁波导的延伸方向上，所述空气槽应该贯穿所述悬臂梁波导。

示例性地，绝缘结构和波导结构(即悬臂梁结构)可以先通过沉积工艺在基底上形成对应的绝缘层和波导层，再通过光刻或电子束曝光(Electron Beam Lithography，EBL)结合刻蚀工艺制作脊形波导，然后在波导的脊形区域两边形成空气槽开孔。如图2所示，空气槽开孔可以包括多个，且在波导层上间隔分布。其中，上述绝缘层可以由二氧化硅、氮化硅或其他绝缘材料组成；形成绝缘层的沉积工艺可以包括但不限于化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)或物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)等。在空气槽开孔的基础上，可以通过湿法刻蚀(Wet Etching)在波导层下方形成所述空气槽。这里的湿法刻蚀是利用溶剂或溶液对脊形波导正下方的绝缘层进行刻蚀，例如氢氟酸或其他酸碱溶液等，从而形成悬臂梁结构。

在另一些实施例中，上述悬臂梁波导还可以基于绝缘体上硅(Silicon OnInsulator)基片来制作。这里的SOI基片是指硅衬底与顶部硅层之间埋入了一层绝缘层的三层结构，其中绝缘层可以是氧化层或氮化层等。可以理解的是，采用上述实施例中的步骤，即在顶部硅层形成空气槽开孔，再利用湿法刻蚀，也可以形成所述悬臂梁结构。

在一些实施例中，所述悬臂梁结构由硅组成，所述绝缘层由二氧化硅组成。

硅相对于其他材料更容易获取，并且与CMOS技术兼容，具有较高的对比度，相比于传统的全反射原理传输光信号而言，可以具有更好的限制能力，有助于降低损耗。因此，本申请实施例采用的悬臂梁波导可以是硅波导，这样使得波导对光子和声子均有较好的限制能力，能够克服非悬臂梁结构中基底对声子的耗散作用，增强布里渊散射效应的增益效果，从而实现基于片上布里渊散射效应的微波光子滤波。

在一些实施例中，如图3所示，所述微环滤波模块200还包括：

模斑转换器220，与所述悬臂梁波导210的第一端A1连接，用于实现单模波导和多模波导之间的转换；其中，所述第一端A1为所述悬臂梁波导210的任一端。

在本申请实施例中，上述悬臂梁波导为多模波导。需要说明的是，多模波导相对于单模波导而言可以适应多个模式的光信号的传输，因此传输带宽大，并且成本低。同时多模波导的横截面更大，基模与波导侧壁的接触更少，可以有效降低因为侧壁粗糙造成的传输损耗，因此多模波导相比单模波导具有更低的传输损耗。

有鉴于此，本申请实施例中的微环滤波模块可以结合单模波导和多模波导构成低损耗的高Q微环来实现滤波，利用模斑转换器来实现单模波导和多模波导之间的转换。这里的模斑转换器是指连接两段不同尺寸的光波导，起到模场转换作用的光学器件。其中，模斑转换器中的单模波导端的横截面较小，多模波导端的横截面较大。示例性地，可以将本申请实施例中的悬臂梁波导的第一端与模斑转换器的多模波导端面连接。可以理解的是，本申请实施例中的模斑转换器可以根据实际情况将单模波导中的单模信号转换为多模信号传输到悬臂梁波导中，或者将悬臂梁波导中的多模信号转换为单模信号传输到对应的单模波导中。

在一些实施例中，所述微环滤波模块包括两个所述悬臂梁波导；所述两个悬臂梁波导位于所述微环滤波模块相对的两侧。

在本申请实施例中，如图3所示，微环滤波模块200为环形结构，可以包括两个悬臂梁波导，即第一悬臂梁波导210a和第二悬臂梁波导210b。这里，两个悬臂梁波导可以分别相对地位于环形结构的两侧，并且第一悬臂梁波导和第二悬臂梁波导可以具有相同的结构，以使得减少光信号的传输损耗。可以理解的是，光信号在两个悬臂梁波导中传输的方向应该相反。

对应地，如图3所示，上述模斑转换器220也可以包括第一模斑转换器220a和第二模斑转换器220b，并且分别的位于第一悬臂梁波导210a和第二悬臂梁波导210b的第一端。示例性地，第一模斑转换器与第一悬臂梁波导连接，用于将单模信号转换为多模信号传输到悬臂梁波导中；第二模斑转换器与第二悬臂梁波导连接，用于将多模信号转换为单模模信号从悬臂梁波导输出。

在一些实施例中，如图3所示，所述微环滤波模块200还包括：

第一半环形波导230，两端分别与所述模斑转换器220连接；其中，所述第一半环形波导230为单模波导；

第二半环形波导240，位于与所述第一半环形波导230相对的一侧，两端分别与所述两个悬臂梁波导210的第二端A2连接。

在本申请实施例中，两个悬臂梁波导位于微环滤波模块相对的两侧，进一步地，还可以通过第一半环形波导和第二半环形波导将上述两个悬臂梁波导连接，从而形成完整的环形结构。其中，第一半环形波导具有两个端口，且分别与两个悬臂梁波导第一端的模斑转换器连接；第二半环形波导具有两个端口，且分别与两个悬臂梁波导的第二端连接。这里的第二端是指在悬臂梁波导中光信号传播的两个端口，例如第一端为光信号的输入端，则第二端为光信号的输出端，反之亦然。

需要说明的是，本申请实施例中的悬臂梁波导为多模直波导，这样可以使得光信号的传输带宽更大且传输损耗较小；第一半环形波导可以为单模半环形波导，第二半环形波导可以是单模或多模半环形波导，这样可以连接悬臂梁波导以形成环形结构。示例性地，若第二半环形波导为单模半环形波导，则在两个悬臂梁波导的第二端可以连接对应的模斑转换器以实现多模波导与单模波导的转换，这样可以使得第二半环形波导中的光信号的传输色散较小，可靠性高；若第二半环形波导为多模半环形波导，则可以直接将两端的悬臂梁波导连接，这样可以节约成本，减小传输损耗。可以理解的是，在另一些实施例中，悬臂梁波导与对应的波导通过模斑转换器连接，并且构成环形结构的微环滤波模块也属于本申请实施例所要求保护的范围。

在本申请实施例中，脊形多模的悬臂梁波导可以有效地增强布里渊散射效应的增益效果并减小光信号传输过程的损耗，最后通过模斑转换器可以实现单模波导到多模波导之间的相互转换，从而构成了本申请实施例的环形结构，实现了超窄带宽的片上微波光子滤波器。

在一些实施例中，如图4所示，所述微波光子滤波器10还包括：

加热单元300，位于所述第二半环形波导240上，用于对所述第二半环形波导240进行加热。

在本申请实施例中，悬臂梁波导中可以实现布里渊散射效应，所产生的布里渊增益可以对光信号的正一阶边带进行放大，使其幅度大于负一阶边带。因此，通过调整产生的布里渊增益可以使得微波光子滤波的通带幅度产生相应的变化，由此实现微波光子滤波器的抑制比的可调。

在另一方面，本申请实施例还可以包括加热单元对微环滤波模块进行加热以实现微波光子滤波器的中心频率的可调。这里，加热单元可以位于第二半环形波导上，以使得在第一悬臂梁波导传输后的光信号可以继续进行调整，从而实现超窄滤波。可以理解的是，加热单元可以由导热性能良好的金属材料或化合物材料构成，例如氮化钛等，并且可以通过电路连接到外部电源从而实现加热功能。

在一些实施例中，所述加热单元具有可控加热温度；所述可控加热温度用于调整所述微波光子滤波器的滤波通带的中心频率。

在本申请实施例中，加热单元在对第二半环形波导加热后，可以通过热光效应改变第二半环形波导的有效折射率，从而改变谐振峰的波长位置，进而改变所产生的微波光子滤波的通带的中心频率。可以理解的是，上述可控加热温度的调整可以根据谐振峰的光谱来实现。进一步地，在把谐振峰调谐到预设范围后，第二半环形波导的有效折射率也处于对应的预设的值或范围内。

因此，本申请实施例可以通过加热单元改变微环滤波模块中的谐振频率以实现滤波通带的中心频率可调，可以通过调整悬臂梁波导中的布里渊增益以实现滤波通带的抑制比可调，从而使得微波光子滤波器具有更高的灵活性、更窄的带宽和更好的滤波效果。

在一些实施例中，如图5所示，所述微波光子滤波器10还包括：

直波导400，位于所述基底100上，且位于所述微环滤波模块200的一侧，用于将待滤波信号耦合至所述微环滤波模块200和将滤波后的信号进行耦合输出。

本申请实施例中的微环滤波模块为环形结构，可以为一个环形谐振腔，从而在波导中实现光信号的持续振荡并进行滤波。因此，在微环滤波模块的一侧可以利用直波导将待滤波信号耦合进环形谐振腔中，这里的直波导可以包括但不限于硅波导、砷化镓波导或其他材料波导。可以理解的是，当信号在所述微环滤波模块实现滤波后，可以再通过直波导将滤波后的信号从微环滤波模块中耦合输出。

在一些实施例中，如图6所示，所述微波光子滤波器10还包括：

输入单元500，位于所述基底上，与所述直波导400的输入端连接，用于将所述待滤波信号输入至所述直波导400。

在本申请实施例中，上述直波导的输入端可以连接微波光子滤波器的输入单元。这里的输入单元可以将接收外部的微波信号，并进行相关处理，以待滤波信号的形式输入到直波导中。

在一些实施例中，如图6所示，所述输入单元500包括：光输入模块510、电光调制模块520以及光放大模块530；

所述光输入模块，与所述电光调制模块连接；所述光输入模块用于产生光信号，并将所述光信号作为载波输出至所述电光调制模块；

所述电光调制模块，与所述光放大模块连接，用于将所述微波信号调制到所述载波，得到调制光信号；

所述光放大模块，用于将所述调制光信号进行放大处理，以产生所述待滤波信号。

在本申请实施例中，光输入模块的输出端可以与电光调制模块的输入端耦接，用于产生光信号，并将其作为载波输出。这里的载波是指未被调制的周期性振荡信号，例如正弦波或周期性脉冲序列等。示例性地，上述光输入模块可以包括光信号发生器，用于产生正弦的载波。

在本申请实施例中，光输入模块输出的载波可以通过光纤或其他连接线输入到电光调制模块中，从而进行相位调制。这里，相位调制可以是指载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化的调制方式，即通过载波波形的相位变化来反映数据频率的变化。其中，所述调制信号由电光调制模块提供。示例性地，上述电光调制模块可以包括调制信号发生器，可以用于产生与载波相干的调制信号，从而将更多信息编码到传输的信号中。

在本申请实施例中，上述电光调制模块还可以包括一个射频输入端，用于接收待滤波的微波信号。并且进一步地，将所述微波信号作为调制信号对载波进行相位调制，从而得到调制光信号。这里，由于载波信号是光信号，因此调制后的信号也可以是光信号，这样可以在光域中进行后续滤波操作。相比微波技术而言，微波光子技术可以具有光学中低损耗和大带宽等优点。因此，本申请实施例提供的微波光子滤波器可以具有更窄的带宽和更好的频率选择性，并且可以更好地调节抑制比和拥有更高的灵活性。

需要说明的是，上述微波信号经过相位调制后，会产生相位差为π的正负一阶边带，该正负一阶边带同载波形成的拍频信号可以相互抵消。因此，在后续滤波过程中，如果调节待滤波信号的光功率，可以使得正一阶边带落入布里渊增益区，以放大该正一阶边带对应的幅值，从而使得正负一阶边带同载波形成的拍频信号不能相互抵消，这样就可以把微波信号过滤出来。

在本申请实施例中，光放大模块可以将调制光信号放大，以产生待滤波信号并输入微环滤波模块中。示例性地，光放大模块可以包括光放大器，即通过受激辐射的方式实现光信号中的粒子数反转，从而放大光信号。这样可以使得本申请实施例中的待滤波信号的产生简单灵活且功率可调。

可以理解的是，本申请实施例通过光输入模块，即一个光源，可以实现片上布里渊散射效应，这样不需要额外的泵浦光源，从而可以有效地降低系统的复杂度，减少能耗。

在一些实施例中，所述光放大模块具有可控功率；所述可控功率用于调整所述微波光子滤波器的滤波通带的抑制比。

在本申请实施例中，可以通过例如光纤放大器或半导体光放大器等来实现待滤波信号的功率可控。示例性地，若上述光放大模块包括拉曼光放大器，则可以通过非线性效应产生的拉曼散射，把能量转移到调制光信号中，从而使得调制光信号放大。并且可以通过调节拉曼散射的强弱来控制产生的待滤波信号的功率，以调整微波光子滤波器的滤波通带的抑制比。

示例性地，若待滤波信号的功率达到受激布里渊散射的阈值时，便会在悬臂梁波导中产生布里渊增益，从而放大上述正一阶边带对应的幅值，以使正一阶边带与负一阶边带的幅值不再相等。若继续调整待滤波信号的功率，则产生的布里渊增益效果也会随之变化，对应的微波光子滤波的通带幅度也会对应地变化，由此实现微波光子滤波器抑制比的可调。

在一些实施例中，如图7所示，所述微波光子滤波器10还包括：

光电探测模块600，位于所述基底上，与所述直波导400的输出端连接，用于将滤波后的所述微波信号输出所述微波光子滤波器10。

在本申请实施例中，经过微环滤波模块滤波后的微波信号可以通过第一半环形波导耦合出环形谐振腔，并通过直波导的输出端输入光电探测模块。这里的光电探测模块可以包括光电探测器(例如光子探测器或热探测器)，用于将光信号拍频转换为电信号。

因此，本申请实施例通过电光调制模块将接收到的微波信号转换为调制光信号，经过光域中的滤波处理，最后通过光电探测模块将滤波后的光信号转换为滤波后的微波信号，从而实现了超窄带宽的片上微波光子滤波器。

需要说明的是，本申请实施例中的微环滤波模块为片上器件，其他模块如光输入模块、电光调制模块、光放大模块以及光电探测模块等可以为片上器件或分立器件，并且各模块之间可以通过光纤、波导或其他连接器件进行连接。示例性地，当其它模块是分立器件时，所述直波导的两端可以由光耦合结构组成，这里光耦合结构可以是垂直耦合光栅、模斑转换器或者其它本领域技术人员常用的结构；当其它模块是片上器件时，所述直波导与其它模块之间可以直接由光波导相连接。

在一些实施例中，所述基底为硅基底。

本申请实施例中承载各个模块的基底可以是硅基底，这是由于硅作为半导体材料可以具有良好的电导性，并且与CMOS工艺兼容，从而可以提高微波光子滤波器的生产规模。

如图8A至8D所示，本申请实施例还提供了所述微波光子滤波器在实际应用中产生可调滤波效果的原理，下面将对不同的情况分别进行说明。

在一些实施例中，如图8A所示，当调整微环滤波模块的谐振峰使其远离载波时，在作用范围内微环滤波模块对应的幅频响应保持不变，不会产生滤波效果，因此只有布里渊散射效应单独起作用。此时，与载波间隔ω_g的布里渊散射效应所产生的增益区对正一阶边带进行放大，使其幅度大于负一阶边带。而对于正负一阶边带之外的信号，通过光电探测模块拍频之后产生的光电流满足以下公式：

其中为光电探测的响应度，E₀和ω_m分别是光信号的幅度和角频率，J₀和J₁分别表示第0阶和第1阶贝塞尔函数。除正负一阶边带之外的正负边带信号的幅度相同，相位相反，经过拍频之后相互抵消。由于正一阶边带被布里渊增益放大后与负一阶边带的幅度不再相等，而相位相反，经过光电探测拍频之后产生微波光子滤波效果，在频率ω_g处产生幅度较大的超窄带微波信号。通过改变光放大模块的功率，调整布里渊散射效应的泵浦光，所产生的布里渊增益效果随之发生改变，对应的微波光子滤波的通带幅度也会产生相应的变化，由此实现微波光子滤波器抑制比的可调。

在一些实施例中，如图8B所示，当减小光放大模块所提供的增益效果，使待滤波信号的功率低于布里渊散射效应所需的阈值时，将不产生布里渊增益效果，此时只有微环滤波模块的谐振效果单独起作用。当微环滤波模块的谐振峰对准与载波频率间隔为ω₁的负一阶边带时，谐振区的陷波效果使负一阶边带的幅度小于正一阶边带，经过光电探测拍频之后产生微波光子滤波效果，在频率ω₁处产生幅度较大的窄带微波信号。此时，通过发热单元对微环滤波模块进行加热，由于热光效应效果改变微环滤波模块中波导的有效折射率，进而改变谐振峰的波长位置，当谐振峰距离载波的间隔分别为ω₁、ω₂和ω₃时，所产生的微波光子滤波通带的中心频率对应地分别为ω₁、ω₂和ω₃，由此可以实现中心频率可调的微波光子滤波器。

其中，微环滤波模块的谐振峰对准正一阶边带时所产生的效果相同。

在一些实施例中，如图8C所示，当微环滤波模块的谐振峰对准距离载波间隔为ω_g的负一阶边带，同时布里渊增益区对准距离载波间隔为ω_g的正一阶边带时，两种滤波效果同时作用。进一步地，经过光电探测拍频之后产生中心频率为ω_g的微波光子滤波器，其幅度大于如图8A所示只有布里渊增益区单独起作用的情况，通过改变光放大模块产生的待滤波信号的功率，同样可以实现微波光子滤波器抑制比的可调。

在一些实施例中，如图8D所示，当微环滤波模块的谐振峰距离载波间隔为ω_r，布里渊增益区距离载波间隔为ω_g时，两种滤波效果同时作用。进一步地，经过光电探测拍频之后会对应产生中心频率分别为ω_r和ω_g的两个微波光子滤波通带，通过调整发热单元，可以改变中心频率为ω_r的滤波通带的中心频率；通过改变光放大模块产生的待滤波信号的功率，可以改变中心频率为ω_g的滤波通带的抑制比，由此可以实现双通带可调微波光子滤波器。

需要说明的是，本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种微波光子滤波器，其特征在于，包括：

基底；

微环滤波模块，位于所述基底上，包括悬臂梁波导；其中，所述微环滤波模块为环形；所述悬臂梁波导为脊形多模波导，用于对微波信号进行滤波；

所述微环滤波模块还包括：

模斑转换器，与所述悬臂梁波导的第一端连接，用于实现单模波导和多模波导之间的转换；其中，所述第一端为所述悬臂梁波导的任一端；

所述微环滤波模块包括两个所述悬臂梁波导，所述微环滤波模块还包括：

第一半环形波导，两端分别与所述模斑转换器连接；其中，所述第一半环形波导为单模波导；

第二半环形波导，位于与所述第一半环形波导相对的一侧，两端分别与两个悬臂梁波导的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述悬臂梁波导包括：

绝缘结构，位于所述基底上，包括绝缘层，所述绝缘层中包括沿所述微环滤波模块环形延伸方向的空气槽；其中，所述空气槽的底部连通所述基底；

悬臂梁结构，位于所述空气槽上，且至少部分与所述绝缘层连接。

3.根据权利要求2所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述悬臂梁结构由硅组成，所述绝缘层由二氧化硅组成。

4.根据权利要求1所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述两个悬臂梁波导位于所述微环滤波模块相对的两侧。

5.根据权利要求4所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述微波光子滤波器还包括：

加热单元，位于所述第二半环形波导上，用于对所述第二半环形波导进行加热。

6.根据权利要求5所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述加热单元具有可控加热温度；所述可控加热温度用于调整所述微波光子滤波器的滤波通带的中心频率。

7.根据权利要求1至6任一所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述微波光子滤波器还包括：

直波导，位于所述基底上，且位于所述微环滤波模块的一侧，用于将待滤波信号耦合至所述微环滤波模块。

8.根据权利要求7所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述微波光子滤波器还包括：

输入单元，位于所述基底上，与所述直波导的输入端连接，用于将所述待滤波信号输入至所述直波导。

9.根据权利要求8所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述输入单元包括：光输入模块、电光调制模块以及光放大模块；

所述光输入模块，与所述电光调制模块连接；所述光输入模块用于产生光信号，并将所述光信号作为载波输出至所述电光调制模块；

所述电光调制模块，与所述光放大模块连接，用于将所述微波信号调制到所述载波，得到调制光信号；

所述光放大模块，用于将所述调制光信号进行放大处理，以产生所述待滤波信号。

10.根据权利要求9所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述光放大模块具有可控功率；所述可控功率用于调整所述微波光子滤波器的滤波通带的抑制比。

11.根据权利要求8所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述微波光子滤波器还包括：

光电探测模块，位于所述基底上，与所述直波导的输出端连接，用于将滤波后的所述微波信号输出所述微波光子滤波器。

12.根据权利要求1所述的微波光子滤波器，其特征在于，所述基底为硅基底。