[发明专利]基于硅基环形谐振腔的光子可调宽带射频移相器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光通信技术领域的射频移相器，具体是一种基于硅基环形谐振腔的光子可调宽带射频移相器。

背景技术

射频移相器在射频相位阵列波束成形和电子战等领域具有重要的应用价值。传统的射频移相器主要采用开关线以及微波集成电路等技术，这些技术面临带宽和相移范围的瓶颈。因此利用成熟的光纤和其他光器件，将微波信号转换到光波领域进行处理是非常有吸引力的。利用光波技术对宽带射频信号进行相位控制，信号处理的速率快、带宽大、精度高、相移范围大，更重要的是器件的体积和重量与微波器件相比可以大大减小。另外，可控的光子射频移相器是光控相控阵的关键器件，它控制着天线的扫描方向，基本满足了相控阵天线中的移相器所应具有的以下要求：移相的数值精确、性能稳定、足够的频带和功率容量、便于快速控制，具有激励功率和插入损耗小、体积小重量轻等优点。因此，它是未来宽带快速移相器发展的方向，吸引了广大研究人员的关注。

经对现有技术的文献检索发现，西班牙的研究人员A.Loayssa等人发表在期刊《IEEE Photonics technology Letter》(《IEEE光技术快报》)2006年第18卷的文章“Broad-band RF photonic phase shifter based on stimulatedBrillouin scattering and single-sideband modulation(基于受激布利渊散射和单边带调制的宽带射频光子移相器)，”一文中，提及采用基于受激布利渊散射效应设计宽带射频光子移相器。但是这个方法需要采用多个分离的器件，结构复杂，插入损耗大。而且产生受激布利渊散射效应需要5.4公里长的光纤，因此难以集成化，限制了它的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于硅基环形谐振腔的光子可调宽带射频移相器，利用与单根直波导耦合的硅基微环的非线性热效应特点，在一定的泵浦功率注入到硅基微环的谐振腔时，泵浦的能量转化为热能，使得谐振腔的波长发生红移，从而可以灵活实现光调节射频信号的相移。该技术具有体积小，结构简单，成本有效、相移调节范围大、宽带操作，以及易于大规模集成的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：泵浦信号光发生系统、载波抑制光双边带产生系统、硅基环形谐振腔系统、以及测量系统。其中泵浦信号光发生系统和载波抑制光双边带产生系统的输出端与硅基环形谐振腔的输入端相连，硅基环形谐振腔的输出与测量系统的输入端相连。

所述的泵浦信号光发生系统包括第一可调激光器，高功率光放大器，可调光衰减器。其中：第一可调激光器产生连续的激光，波长对应环形谐振腔的一个谐振峰，其输出端口与高功率光放大器的输入端相连；高功率光放大器的输出端口与可调光衰减器输入端口相连；可调光衰减器的输出端口连接到硅基环形谐振腔系统中光耦合器的一个输入端口。

所述高功率光放大器的最高输出功率可达到22-dB。

所述的载波抑制光双边带产生系统包括第二可调激光器、一个射频信号发生器、一个马赫曾德调制器、第一光放大器。其中：第二可调激光器产生连续的激光，波长对应环形谐振腔的另一个谐振峰，该谐振峰的位置与泵浦信号光发生系统的谐振峰的位置最近。第二可调激光器输出端口与马赫曾德调制器的光输入端口相连。射频信号发生器的输出端口与马赫曾德调制器的射频输入端口相连，马赫曾德调制器偏置在传输曲线的最低点，得到载波抑制的光双边带信号。马赫曾德调制器的光输出端口连接到第一光发大器的输入端口。第一光放大器的输出端口连接到硅基环形谐振腔系统中光耦合器的另一个输入端口。

所述硅基环形谐振腔系统包括一个光耦合器和一个硅基环形谐振腔。光耦合器的输出连接到硅基环形谐振腔的输入端口。

所述硅基环形谐振腔由一个硅基微环和一根直波导构成，硅基微环和一根直波导之间的空气隙间隔为几十至几百纳米，硅基环形谐振腔频谱特征是周期性的带阻滤波特性，在谐振波长处的透射率等于0或非常接近0。

所述的测量系统包括第二光放大器、窄带可调光滤波器和示波器。其中硅基环形谐振腔的输出与第二光放大器的输入相连，第二光放大器的输出连接到可调光滤波器，窄带可调光滤波器的输出端口连接到示波器的输入端口进行检测。

所述的窄带可调光滤波器的3-dB带宽在0.3nm-2nm的范围内。