[发明专利]一种硅基集成任意波形信号发生器

说明书

本发明公开了一种硅基集成任意波形信号发生器，激光器用于产生激光载波；偏振控制器用于控制激光载波的偏振态；分光模块用于将激光载波从一束分成多束；调制模块用于对分光模块输出的多束激光载波进行调制；模式复用器用于将多束激光载波耦合至多模波导，产生任意波形光信号；探测器用于将多模波导输出的任意波形光信号转换成电信号。本发明利用硅波导的模式正交性实现任意波形合成；利用硅光芯片的高折射率差和易集成性，将部分或全部部件集成在硅光芯片上，相对于传统的微波光子学任意波形生成器，其尺寸大大缩小，降低了制造成本，提高了稳定性和可携带型。

技术领域

本发明涉及微波光子领域与集成光学技术领域，尤其涉及一种硅基集成任意波形信号发生器。

背景技术

近年来，利用光子技术来进行微波信号处理的微波光子学越来越受到人们的关注，比如基于光子技术处理信号的雷达、射频通信、电子测试、任意信号产生等领域。利用光载体进行微波信号的处理具有高带宽，低损耗，速度快，抗电磁干扰强等优势。

任意波形发生器是一种能产生正弦波、方波、三角波等标准信号的微波源，这些标准信号在各种民用或军用领域发挥着重要作用，比如说雷达探测所采用的三角波信号。由于传统电学领域所采用生成三角波的数字频率合成技术或波形存储直读技术所生成的三角波的中心频率和带宽(几个GHz)远远小于利用微波光子学所产生的三角波的中心频率和带宽(几十GHz到上百GHz)，越来越多的基于微波光子学的任意波形生成方案被提出。然而，这些方案大都是基于分立光学器件的设计和组合，其稳定性和可携带型都有一定问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种硅基集成的用于生成任意波形信号的任意波形发生器。

(二)技术方案

本发明提供了一种硅基集成任意波形信号发生器，包括：激光器，用于产生激光载波；偏振控制器，用于控制所述激光载波的偏振态；分光模块，用于将所述激光载波从一束分成多束；调制模块，用于对所述分光模块输出的多束激光载波进行调制；模式复用器，用于将所述多束激光载波耦合至多模波导，产生任意波形光信号；探测器，用于将多模波导输出的任意波形光信号转换成电信号。

在一些实施例中，所述分光模块包括n-1路1×2多模干涉光耦合器；对于每路1×2多模干涉光耦合器，其输入端连接上一路1×2多模干涉光耦合器的第二输出端，其第一输出端连接调制模块，其第二输出端连接下一路调制模块的输入端；其中，第一路1×2多模干涉光耦合器的输入端连接偏振控制器；第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第一输出端和第二输出端均连接调制模块。

在一些实施例中，所述调制模块包括n个调制支路；对于第一至第n-1调制支路，其分别对应连接第一至第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第一输出端；第n调制支路连接第n-1路1×2多模干涉光耦合器的第二输出端。

在一些实施例中，每个所述调制支路包括：马赫曾德电光调制器，用于将微波信号调制到激光；相位延迟器，用于调节激光的相位差；可调谐光衰减器，用于调节激光的强度。

在一些实施例中，所述马赫曾德电光调制器为双臂驱动马赫曾德电光调制器，包括上臂和下臂，每个臂包括一驱动电极，所述上臂的驱动电极连接有光相位延迟器，所述光相位延迟器连接有直流电源；微波信号经功分器分为两路，其中一路直接连接所述上臂，另一路经电相位延迟器连接至所述下臂。

在一些实施例中，所述多模波导分为n段；第一段多模波导，用于第一调制支路输出的激光以第一模式传播；第二段多模波导，用于第二调制支路输出的激光以第二模式传播，并与第一模式传播的激光合并；以此类推，第n段多模波导，用于第n调制支路输出的激光以第n模式传播，与第一、第二直至第n-1模式传播的激光合并，耦合为任意波形光信号。

在一些实施例中，所述第一模式为横电场基模，所述第二模式为横电场一阶模，所述第n模式为横电场n-1阶模。