[发明专利]一种宽带任意波形光学发生器芯片

说明书

本发明公开一种宽带任意波形光学发生器芯片，能够实现高频、实现宽带任意波形微波信号合成。包括：第一光栅耦合器(2)、偏振复用高速电光调制器(3)、片上偏振分束器(6)、窄带光滤波器(7)、第二光栅耦合器(8)、第三光栅耦合器(11)、第一片上高速光电探测器(12)、第二片上高速光电探测器(13)。本发明基于硅基片上傅里叶域锁模光电振荡器机制和等离子体色散高速调制机理的任意波形光学发生器芯片架构，在单个芯片上高密度集成光栅耦合器、偏振复用高速电光调制器、窄带光滤波器，高速光电探测器等多个关键集成光电器件，基于片上傅里叶域锁模光电振荡器和等离子体色散效应实现微波频率、相位等多维参数精细敏捷调控。

技术领域

本发明属于微波光子学和硅基光子学技术领域，具体涉及一种宽带任意波形光学发生器芯片。

背景技术

任意波形发生器是一种复杂的信号源，属于核心关键电子测量仪器，可在额定的频率和输出范围內产生任意波形微波信号，被喻为现代电子信息设备和系统的“心脏”。任意波形发生器作为关键仪器设备，被广泛应用于物联网、航天航空、人工智能、生物医疗、汽车电子等领域，特别是在雷达探测系统和高速通信系统中，任意波形发生器被用于产生宽带雷达波形信号和各类复杂调制格式的通信信号，成为决定系统整体性能的关键部分。随着新一代电子信息技术的快速发展，推动着电子信息设备和系统向高频、宽带发展，对任意波形发生器提出了新的要求。

目前，现有任意波形发生器均采用直接数字合成(DDS)技术实现。通过采用数字采样存储技术，根据预定的采样频率、信号带宽、时宽、编码方式等参数，DDS计算出信号各点采样值，预先存储在高速存储器中，通过数模转换电路产生宽带任意调制信号。然而，由于数字电路的非线性，其输出信号杂散较多，通常难以实现高纯度的信号产生。此外，由于当前主流FPGA芯片的存储容量难以满足大带宽波形数据存储需求，难以实现高频、宽带任意波形信号产生。因此，亟需提出新的技术方案，破解传统基于DDS的任意波形发生器系统架构在信号频率、带宽等方面的限制。

微波光子信号产生作为一种新型的微波信号产生技术，具有大带宽、低相噪等显著优势，成为破解传统DDS方案带宽瓶颈的关键技术。其中，光电振荡器作为一种新型的微波信号光学合成技术，具有超低相噪、宽带可调谐等显著优势。目前，已经实现的光电振荡器原理样机输出微波信号频率可达60GHz以上[H.Peng,C.Zhang,X.Xie,T.Sun,P.Guo,X.Zhu,W.Hu,and Z.Chen,“Tunable DC-60GHz RF generation utilizing a dual-loopoptoelectronic oscillator based on stimulated Brillouin scattering,”Journalof Lightwave Technology 33(13),2707–2715(2015).]，输出频率为10GHz时相位噪声为-163dBc/Hz@10kHz，已经接近量子噪声极限值[D.Eliyahu,D.Seidel,and L.Maleki,“Phasenoise of a high performance OEO and an ultra low noise floor cross-correlation microwave photonic homodyne system,”in Proceedings of 2002IEEEInternational Frequency Control Symposium(2008),pp.811–814.]。美国喷气推进实验室、陆军装备实验室和海军实验室等对光电振荡器的研究均已超过二十年。在OEO小型化方面，美国OEwaves公司是光电振荡器领域的领军企业，该公司已经推出多种型号的光电振荡器产品[L.Maleki,“The optoelectronic oscillator,”Nature Photonics,5(12),728-730(2011).]。目前，光电振荡器的研究正在向着高频段、集成化、耐冲击和抗过载方向发展。