[发明专利]硅基集成高精度射频信号稳相传输芯片、发送端及系统

说明书

本发明公开了一种硅基集成高精度射频信号稳相传输芯片、发送端及系统，通过在硅基光子芯片上集成高速电光调制器、高速光移相器、微盘滤波器、高速光电探测器等光电器件，将稳相传输系统集成化、芯片化，缩小系统体积的同时也降低了功耗、节约了成本；采用滤波性能更好的前置、后置微盘滤波器以及相应的连接波导，构成微波光子移相器，实现对射频信号的主动相位补偿。在本地发送端设置PID控制器，远处接收端设置Sagnac环，构成稳相传输系统的闭环反馈控制回路，实现射频信号的稳相传输。

技术领域

本发明涉及集成光电子学技术领域，具体涉及一种硅基集成高精度射频信号稳相传输芯片、发送端及系统。

背景技术

随着雷达系统、深空探测网络、甚长基线干涉测量(VLBI)等先进科学技术领域的快速发展，高精度、低损耗、大区域射频信号稳相传输成为了支撑相关研究领域创新和取得突破的关键技术。相比于传统的电缆传输、无线传输等方法，基于光纤的射频信号稳相传输技术具有大带宽、低损耗、高可靠性、抗电磁干扰等显著优势，成为了最具潜力的技术解决范式。光纤射频传输面临的关键问题是光纤的传输延时易受温度、应变、振动等环境因素影响，从而导致传输后信号的延时和相位不稳定。因此，补偿光纤链路中传输信号的相位抖动，是实现高精度射频信号稳相传输的关键。

目前，射频信号稳相传输技术主要包含被动式稳相传输技术和主动式稳相传输技术。被动式稳相传输技术基于相位共轭原理，通过在电域或者光域实现信号混频，消除由于环境扰动带来的信号相位抖动。该方法简单易行，无需构成反馈回路，但是信号混频过程中会造成信号噪声叠加，从而降低传输信号的短期稳定性。主动式稳相传输技术基于往返相位校正原理，利用压控振荡器、光/电延迟线、微波移相器等主动补偿器件，通过构建反馈控制回路，实现对射频信号相位抖动的主动补偿。主动式稳相传输技术作为经典的稳相手段，其技术原理简单，具有较高的相位抖动补偿精度，并且可实现宽带射频信号的稳相传输，因此引起了学术界和产业界的广泛关注。

目前，现有的射频信号稳相传输系统均基于离散光电器件封装实现，因此存在体积大、成本高、功耗高、结构复杂等问题。近年来，随着光子集成技术的快速发展，集成化、芯片化成为了射频信号稳相传输技术发展的必然趋势。通过利用现代高精细光子集成技术实现多个关键光电器件的系统集成，有望显著减小射频信号稳相传输系统的尺寸、降低成本和功耗、提高系统的稳定性。目前，硅基光子平台是最有前景的光电集成平台之一，它具有独特而均衡的优势：硅基光子工艺与现有CMOS平台兼容，因此存在光电混合单片集成的潜在优势；硅与二氧化硅存在大折射率差，保证硅波导器件传输性能优异和结构紧凑；硅基光子系统全要素可集成度高，目前已经证实了除高性能激光源以外的高速电光调制器、高速光电探测器、光耦合器、光反射镜、光滤波器等多种关键集成光电器件，这些高性能的硅基集成光电器件为射频信号稳相传输系统的小型化和芯片化提供了可能。然而，目前基于硅基集成光电器件的芯片化射频信号稳相传输系统尚未被报道。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种硅基集成高精度射频信号稳相传输芯片、发送端及系统，将稳相传输系统集成化、芯片化，采用由前置微盘滤波器、高速光移相器、后置微盘滤波器组成的微波光子移相器对光载波的相位调节，实现对射频信号的主动相位补偿，与传统的光纤延迟线相位补偿相比，其响应速度更快，精度更高。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种硅基集成射频信号稳相传输系统的发送端芯片，包括：第一光栅耦合器、高速电光调制器、第一1×2光分束器、第二光栅耦合器、第一高速光电探测器和微波光子移相器；

微波光子移相器包括前置微盘滤波器、高速光移相器、后置微盘滤波器；

第一光栅耦合器与高速电光调制器的光输入端口连接；高速电光调制器的输出端与前置微盘滤波器的input端连接；前置微盘滤波器的drop端通过波导与高速光移相器的输入端相连，后置微盘滤波器的add端通过波导与高速光移相器的输出端相连；前置微盘滤波器的through端与后置微盘滤波器的input端通过波导连接；