CN114221202B - 光电振荡器 - Google Patents
光电振荡器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114221202B CN114221202B CN202111452482.0A CN202111452482A CN114221202B CN 114221202 B CN114221202 B CN 114221202B CN 202111452482 A CN202111452482 A CN 202111452482A CN 114221202 B CN114221202 B CN 114221202B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- microwave signal
- module
- bodao
- waveguide
- 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.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 130
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 73
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims abstract description 31
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 29
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 11
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 10
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 claims description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 5
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 4
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S1/00—Masers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the microwave range
- H01S1/02—Masers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the microwave range solid
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本申请实施例公开了一种光电振荡器，包括：光电循环回路，所述光电循环回路的第一端用于接收光信号，所述光电循环回路的第二端用于输出第一微波信号和第二微波信号；所述第二微波信号用于输入至所述光电循环回路并调制所述光信号，得到第一光微波信号；所述光电循环回路包括具有悬臂梁波导的滤波模块，用于对所述第一光微波信号进行滤波得到第二光微波信号。
Description
技术领域
本申请实施例涉及微波光子学技术领域，涉及但不限于一种光电振荡器。
背景技术
作为微波系统的核心器件，微波源的质量直接决定了微波系统性能的极限，因此微波信号产生是微波光子研究中的重要内容，而光电振荡器是产生微波信号的主流方法之一。
探索并实现能够产生高品质的微波信号的光电振荡器，成为了亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种光电振荡器，包括：
光电循环回路，所述光电循环回路的第一端用于接收光信号，所述光电循环回路的第二端用于输出第一微波信号和第二微波信号；所述第二微波信号用于输入至所述光电循环回路并调制所述光信号，得到第一光微波信号；
所述光电循环回路包括具有悬臂梁波导的滤波模块，用于对所述第一光微波信号进行滤波得到第二光微波信号。
在一些实施例中，所述滤波模块，包括：
基底；
微环滤波模块，位于所述基底上，包括所述悬臂梁波导；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，用于产生所述第二光微波信号。
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：
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，所述滤波模块还包括：
直波导，位于所述基底上，且位于所述微环滤波模块的一侧，用于接收所述第一光微波信号并耦合至所述微环滤波模块中，并输出所述第二光微波信号。
在一些实施例中，所述光电循环回路还包括：
电光调制模块、光电探测模块和射频分束模块；
所述电光调制模块，与所述滤波模块连接，用于接收所述光信号和所述第二微波信号；并输出调制后的所述第一光微波信号；
光电探测模块，与所述滤波模块连接，用于对滤波后产生的所述第二光微波信号进行拍频处理，以产生第三微波信号；
射频分束模块，与光电探测模块连接，用于接收所述第三微波信号，并将所述第三微波信号分成至少两路；其中，所述第一微波信号用于作为输出信号，所述第二微波信号输入至所述电光调制模块。
在一些实施例中，所述光电循环回路还包括：
光放大模块，连接所述电光调制模块，用于放大或衰减所述第一光微波信号，并输出至所述滤波模块。
在一些实施例中，所述光电振荡器还包括：
光输入模块，连接光电循环回路，用于提供所述光信号。
本申请实施例通过使用悬臂梁波导结构实现了基于硅基的片上布里渊散射效应，克服了常规硅基结构难以实现较强的受激布里渊散射效应的困难。并且采用所述悬臂梁波导结构的光电振荡器能够产生高品质的微波源信号，是一种理想的光电振荡器。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种光电振荡器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种滤波模块的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种滤波模块的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种悬臂梁波导的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种滤波模块的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种光电循环回路的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种光电循环回路的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种光电振荡器的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的又一种光电振荡器的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的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。
光电振荡器是一种谐振腔，通过将微波信号调制到光域中进行处理和延时储能，再通过光电转换为微波信号输出，因此是一种光电混合谐振腔。由于是在光域中进行主要的储能和信号处理，光电振荡器可以实现较低的腔内损耗以及更高的信号频率，在产生高频微波信号的同时能够得到更好的信号质量，实现较低的相位噪声。
在本申请实施例中，所述光电振荡器中的滤波模块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，通常是源于激光电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(Stimulated Brillouin Scattering，SBS)。
需要说明的是，上述介质中的声波场与激光电场可以相互增强，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，基于离散器件制作光电振荡器，但是基于离散器件的光电振荡器体积和功耗较大。在另一些实施例中，常规的硅波导很难实现有效的布里渊散射效应，故也难以基于此方法实现光电振荡器。
有鉴于此，在本申请实施例中，将微波光子学与硅光技术的融合，设计了基于硅基片上布里渊散射效应的光电振荡器，所述光电振荡器在滤波模块中设计了基于硅基的悬臂梁波导，实现了有效的布里渊散射效应，实现了超窄带宽的增益，从而解决了光电振荡器实现的关键：模式选择与延时储能的问题。是一种高品质的光电振荡器，所述光电振荡器具有体积小和功耗小的优点。
本申请实施例提供了一种光电振荡器100。如图1所示，所述光电振荡器100包括：
光电循环回路110，所述光电循环回路110的第一端用于接收光信号，所述光电循环回路110的第二端用于输出第一微波信号和第二微波信号；所述第二微波信号用于输入至所述光电循环回路110并调制所述光信号，得到第一光微波信号；
所述光电循环回路110包括具有悬臂梁波导121的滤波模块120，用于对所述第一光微波信号进行滤波得到第二光微波信号。
本申请实施例中，光电振荡器包含光电循环回路，即至少包含一个闭环。所述光电循环回路的第一端可以接收光信号，所述光信号可以来自于光电振荡器内部，也可以来自于光电振荡器外部。光电循环回路的第二端可以输出至少两个微波信号，例如，第一微波信号和第二微波信号，其中第二微波信号重新输入至光电循环回路中，用于调制光电循环回路接收的光信号，光信号经第二微波信号调制后得到第一光微波信号。
光电循环回路内部还包括至少一个滤波模块，滤波模块采用悬臂梁波导结构进行滤波。具体地，使用较强的第一光微波信号在悬臂梁波导中引起布里渊散射效应，布里渊散射效应产生的增益对第一光微波信号产生滤波效果，滤波得到第二光微波信号。
本申请实施例通过使用悬臂梁波导结构实现了基于硅基的片上布里渊散射效应，克服了常规硅基结构难以实现较强的受激布里渊散射效应的困难。并且采用所述悬臂梁波导结构的光电振荡器能够产生高品质的微波源信号，是一种理想的光电振荡器。
在一些实施例中，所述滤波模块120，包括：
基底130；
微环滤波模块140，位于所述基底130上，包括所述悬臂梁波导121；其中，所述微环滤波模块140为环形；所述悬臂梁波导121为脊形多模波导，用于产生所述第二光微波信号。
本申请实施例中，所述微环滤波模块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。悬臂梁波导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，示例性地，波导的结构可以是脊形，这里的脊形波导是相对于条形或圆形等波导而言。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，可以具有更低的传输损耗。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值代表的是所述微环滤波模块的中心频率除以3dB带宽的比值。其中，Q值越高，说明该滤波模块的带宽越窄，因此可以实现很窄的滤波带宽和很好的频率选择性。
在本申请实施例中，对输入第一光微波信号进行微波光子滤波后产生所述第二光微波信号并输出。
本申请实施例一方面由微环进行滤波，另一方面第一光微波信号输入到具有悬臂梁波导的滤波模块中，由微环滤波模块产生延时，较强的光信号在悬臂梁波导中引起布里渊散射效应，产生的增益对调制信号产生滤波效果；两种滤波效果叠加，从而可以进行精细的模式选择。
在一些实施例中，如图2所示，所述微环滤波模块140包括两个所述悬臂梁波导121；所述两个悬臂梁波导121位于所述微环滤波模块140相对的两侧。
在本申请实施例中，如图2所示，微环滤波模块为环形结构，可以包括两个悬臂梁波导。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。
在一些实施例中，如图3所示，所述微环滤波模块140还包括：
模斑转换器122，与所述悬臂梁波导121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121的任一端。
在本申请实施例中，上述模斑转换器也可以包括第一模斑转换器和第二模斑转换器，并且分别的位于第一悬臂梁波导和第二悬臂梁波导的第一端。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，相比于单模波导而言，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组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，是一种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，如图3所示，所述微环滤波模块140还包括：
第一半环形波导123，两端分别与所述模斑转换器122连接；其中，所述第一半环形波导123为单模波导；
第二半环形波导124，位于与所述第一半环形波导123相对的一侧，两端分别与所述两个悬臂梁波导的第二端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，从而形成完成的环形结构。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传输损耗较小，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。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微环滤波模块。
在一些实施例中，如图4所示，所述悬臂梁波导121包括：
绝缘结构211，位于所述基底上，包括绝缘层211a，所述绝缘层中包括沿所述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130；
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，使得第一光微波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，如图5所示，所述滤波模块130还包括：
直波导150，位于所述基底130上，且位于所述微环滤波模块140的一侧，用于接收所述第一光微波信号并耦合至所述微环滤波模块140中，并输出所述第二光微波信号。
本申请实施例中，使用微环滤波模块和直波导共同组成微环谐振器，作为滤波模块使用。其中，直波导和微环滤波模块的数量和相对位置在此不做限制，可以根据滤波目标进行设计和选择。
在一些实施例中，使用一个直波导将待滤波信号，即第一光微波信号耦合进微环滤波模块中，并使用同一个直波导将滤波后的信号，即第二光微波信号从微环滤波模块中耦合输出。
在另一些实施例中，使用一个直波导将待滤波信号，即第一光微波信号耦合进微环滤波模块中，并使用另一个直波导将滤波后的信号，即第二光微波信号从微环滤波模块中耦合输出。
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。
在一些实施例中，如图6所示，所述光电循环回路110还包括：
电光调制模块200、光电探测模块300和射频分束模块400；
所述电光调制模块200，与所述滤波模块120连接，用于接收所述光信号和所述第二微波信号；并输出调制后的所述第一光微波信号；
光电探测模块300，与所述滤波模块120连接，用于对滤波后产生的所述第二光微波信号进行拍频处理，以产生第三微波信号；
射频分束模块400，与光电探测模块300连接，用于接收所述第三微波信号，并将所述第三微波信号分成至少两路；其中，所述第一微波信号用于作为输出信号，所述第二微波信号输入至所述电光调制模块200。
在本申请实施例中，电光调制模块可以使用光纤、其他连接线或无线传输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光电循环回路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。
过滤出来的第三微波信号，通过射频分束模块可以分为多路输出。本申请实施例中，射频分束模块将第三微波信号分为两路输出，输出的第三微波信号可以作为微波源提供给其他器件，也可以重新输入回光电循环回路的电光调制模块中，用于调制光信号。射频分束模块可以由射频耦合器、定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件组成。
在一些实施例中，如图7所示，所述光电循环回路还包括：
光放大模块500，连接所述电光调制模块200，用于放大或衰减所述第一光微波信号，并输出至所述滤波模块130。
在本申请实施例中，光放大模块可以将调制光信号放大或衰减，以产生待滤波信号并输入滤波模块中。示例性地，光放大模块可以包括光放大器和/或光衰减器，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，光放大模块在光电循环回路中一方面为具有悬臂梁波导的滤波模块提供泵浦能量，以产生布里渊散射效应，从而不需要额外的泵浦光源，进而可以有效地降低系统的复杂度，减少能耗。另一方面为光电混合谐振腔提供增益使链路增益大于损耗以满足起振条件，使得本申请实施例中的光电谐振器可以持续的输出微波信号。
在一些实施例中，如图8所示，所述光电振荡器100还包括：
光输入模块600，连接光电循环回路110，用于提供所述光信号。
在本申请实施例中，光信号可以来自光输入模块，光输入模块的输出端可以与电光调制模块的输入端耦接，用于提供所述光信号，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。
光输入模块可以包括可调谐激光器，可调谐激光器是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器，用于输出不同波长或频率的光信号。
光输入模块还可以包括偏振控制器，用于使光信号产生不同的偏振状态。通过调整光信号的偏振态，使得光信号以目标传播方向在光电循环回路中传输。
根据图9描述本申请实施例的工作原理：光输入模块600产生频率为ωc的光信号作为载波，输入到电光调制模块200中并被电光调制模块200射频输入端口中输入的射频信号所调制，产生相位调制信号并输入到光放大模块500中，光放大模块500对调制后的光信号进行放大，然后输入到滤波模块120中，通过单模直波导150和微环滤波模块140将信号光耦合到微环中，当载波与微环的一个谐振峰的间隔和与布里渊增益峰的间隔都等于ωg时，通过微环滤波模块的微环谐振产生的滤波效果与通过布里渊增益产生的滤波效果相互叠加，经过滤波后的光信号再通过微环滤波模块140与单模直波导150耦合出微环滤波模块140，通过单模直波导150输出，经过光电探测模块300后，产生频率为ωg的拍频信号，完成将光信号下变频为微波信号的过程，然后通过射频分束模块400将频率为ωg的信号的一部分输入到电光调制模块200中，使光电信号形成完整的环路，当适当调节光放大模块500的增益，使光电循环回路110环路里的整体增益大于损耗时，在选中的模式，也就是频率为ωg处产生稳定的单模振荡，并通过射频分束模块400将振荡信号输出。
本申请实施例还提供了所述滤波模块在实际应用中产生可调双重滤波效果的原理。如图10所示，当以载波为泵浦所产生的斯托克斯光频率与正一阶边带的频率重合，即布里渊增益区与正一阶边带重合时，会对正一阶边带的幅度进行放大。对于正负一阶边带之外的信号，通过光电探测模块500拍频之后产生的光电流满足公式：
其中为光电探测的响应度，E0和ωm经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。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。而正负一阶边带的幅度由于正一阶边带被斯托克斯光放大后不再相等，相位相反，拍频之后产生微波光子滤波效果，在频率ωg处产生幅度较大的微波信号。同理，当负一阶边带与微环的谐振对准的时候，负一阶边带的幅度大幅减小，会形成另一个微波光子滤波效果，同样在拍频之后会在频率ωg处产生幅度较大的微波信号，两种微波光子滤波效果叠加，在频率ωg处产生更窄的滤波边带，更好的实现光电振荡器的单模起振。
在双重滤波选模的效果基础上，通过超高Q微环提供的片上延时，在光放大模块提供的链路整体增益大于整体损耗之后，光电混合谐振腔满足单模起振条件，将输出频率为的高质量微波信号。
本发明实施例至少具有如下技术效果或优点：
1、通过悬臂梁波导结构实现硅基的片上布里渊散射效应，克服硅基常规结构难以实现较强的受激布里渊散射效应的困难。
2、利用片上高Q微环进行储能，为光电振荡器提供较大的片上延时，避免采用其它器件提供延时，提升光电振荡器的集成度，减小系统体积。
3、通过微环的谐振和布里渊散射效应的增益结合相位调制实现两种滤波效果，得到的超窄带宽的信号进行单模起振，可以进一步降低相位噪声，提升获得信号的质量。
4、光放大模块在系统中一方面为具有悬臂梁波导的滤波模块提供泵浦能量以产生布里渊散射效应，另一方面为光电混合谐振腔提供增益使链路增益大于损耗以满足起振条件，避免使用多个放大模块，降低了系统复杂度。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上所述，仅为本申请的实施方式，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申请揭露的技术范围内，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 (8)
1.一种光电振荡器，其特征在于，包括：
光电循环回路，所述光电循环回路的第一端用于接收光信号，所述光电循环回路的第二端用于输出第一微波信号和第二微波信号；所述第二微波信号用于输入至所述光电循环回路并调制所述光信号，得到第一光微波信号；
所述光电循环回路包括具有悬臂梁波导的滤波模块，用于对所述第一光微波信号进行滤波得到第二光微波信号；
所述滤波模块，包括：
基底；
微环滤波模块，位于所述基底上，包括所述悬臂梁波导；其中，所述微环滤波模块为环形；
所述微环滤波模块包括两个所述悬臂梁波导；所述悬臂梁波导为多模波导，且位于所述微环滤波模块相对的两侧；
两个模斑转换器，分别与两个所述悬臂梁波导的第一端连接；
第一半环形波导，两端分别与两个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，两端分别与两个所述悬臂梁波导的第二端连接；其中，所述第二半环形波导为多模波导；或，
所述微环滤波模块包括两个所述悬臂梁波导；两个所述悬臂梁波导为多模波导，且位于所述微环滤波模块相对的两侧；
四个模斑转换器，其中两个所述模斑转换器与两个所述悬臂梁波导的所述第一端分别连接；另外两个所述模斑转换器与两个所述悬臂梁波导的第二端分别连接；
第一半环形波导，两端分别与两个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，两端分别与另外两个所述模斑转换器连接；其中，所述第二半环形波导为单模波导。
2.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述悬臂梁波导用于产生所述第二光微波信号。
3.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述模斑转换器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。
4.根据权利要求1所述的光电振荡器，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。
5.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述滤波模块还包括：
直波导，位于所述基底上，且位于所述微环滤波模块的一侧，用于接收所述第一光微波信号并耦合至所述微环滤波模块中，并输出所述第二光微波信号。
6.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述光电循环回路还包括：
电光调制模块、光电探测模块和射频分束模块；
所述电光调制模块，与所述滤波模块连接，用于接收所述光信号和所述第二微波信号；并输出调制后的所述第一光微波信号；
光电探测模块，与所述滤波模块连接，用于对滤波后产生的所述第二光微波信号进行拍频处理，以产生第三微波信号；
射频分束模块，与光电探测模块连接，用于接收所述第三微波信号，并将所述第三微波信号分成至少两路；其中，所述第一微波信号用于作为输出信号，所述第二微波信号输入至所述电光调制模块。
7.根据权利要求6所述的光电振荡器，其特征在于，所述光电循环回路还包括：
光放大模块，连接所述电光调制模块，用于放大或衰减所述第一光微波信号，并输出至所述滤波模块。
8.根据权利要求1所述的光电振荡器，其特征在于，所述光电振荡器还包括：
光输入模块，连接光电循环回路，用于提供所述光信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111452482.0A CN114221202B (zh) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | 光电振荡器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111452482.0A CN114221202B (zh) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | 光电振荡器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114221202A CN114221202A (zh) | 2022-03-22 |
| CN114221202B true CN114221202B (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=80699243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111452482.0A Active CN114221202B (zh) | 2021-12-01 | 2021-12-01 | 光电振荡器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114221202B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007220501A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Noritsu Koki Co Ltd | プラズマ発生装置およびそれを用いるワーク処理装置 |
| CN111342904A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-26 | 湖南工学院 | 产生单频振荡微波信号的方法及单频振荡微波信号源 |
| CN112787204A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-11 | 武汉邮电科学研究院有限公司 | 基于片上集成系统的光电振荡器及生成微波信号的方法 |
-
2021
- 2021-12-01 CN CN202111452482.0A patent/CN114221202B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007220501A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Noritsu Koki Co Ltd | プラズマ発生装置およびそれを用いるワーク処理装置 |
| CN111342904A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-26 | 湖南工学院 | 产生单频振荡微波信号的方法及单频振荡微波信号源 |
| CN112787204A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-11 | 武汉邮电科学研究院有限公司 | 基于片上集成系统的光电振荡器及生成微波信号的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114221202A (zh) | 2022-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Roeloffzen et al. | Silicon nitride microwave photonic circuits | |
| US10530126B2 (en) | External cavity laser | |
| US8014676B2 (en) | CMOS-compatible tunable microwave photonic band-stop filter | |
| Liu et al. | Integration of Brillouin and passive circuits for enhanced radio-frequency photonic filtering | |
| US7712977B2 (en) | Optical resonator, optical modulator, optical frequency comb generator, optical oscillator and method of preparing optical oscillator | |
| WO2014197780A1 (en) | Low-noise microwave-frequency generator | |
| US11609474B2 (en) | Terahertz signal generation apparatus and terahertz signal generation method using the same | |
| CN104466620A (zh) | 一种基于光学微腔的频率稳定型光生微波信号源 | |
| Bowers | Integrated microwave photonics | |
| Liu et al. | Reconfigurable microwave photonic bandpass filter based on CROW | |
| CN114221202B (zh) | 光电振荡器 | |
| CN113839297A (zh) | 一种基于注入锁定效应的光电振荡器 | |
| Yoffe et al. | Efficient compact tunable laser for access networks using silicon ring resonators | |
| CN114200581B (zh) | 微波光子滤波器 | |
| CN114047645A (zh) | 基于铌酸锂薄膜的宽带低相噪集成光生微波源芯片及系统 | |
| Garrett et al. | Heterogeneous integration of Brillouin devices with active silicon photonic circuits | |
| JP2021096367A (ja) | 光共振器、光変調器、光周波数コム発生器、光発振器、並びにその光共振器及び光変調器の作製方法 | |
| CN115001594B (zh) | 小型化宽带可调谐低相噪光电振荡器 | |
| Grund et al. | A widely tunable narrow linewidth RF source integrated in a heterogeneous photonic module | |
| CN114124239B (zh) | 一种集成化光电振荡器及系统 | |
| Do et al. | Wideband tunable microwave signal generation in a silicon-based optoelectronic oscillator | |
| CN111684714B (zh) | 改进的射频振荡器 | |
| CN113992274B (zh) | 硅基集成高精度射频信号稳相传输芯片、发送端及系统 | |
| Primiani | Hybrid Integrated opto-electronic oscillators | |
| JPH1078594A (ja) | 波長変換装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |