[发明专利]一种InP基单片集成全光模数转换器结构

说明书

本发明一种InP基单片集成全光模数转换器结构，该结构主要包括：半导体锁模激光器、电吸收调制器、1×2分束器、移相器。其中，半导体锁模激光器作为采样脉冲光源输出采样脉冲信号，电吸收调制器用于对采样脉冲信号进行强度调制，实现对模拟电信号的光采样，1×2分束器结构用于对采样脉冲信号进行分束处理，移相器结构用于引入π/2的相移。本发明可以实现有源器件和无源器件的单片集成，是实现单片集成器件批量化和产业化的理想材料。采用半导体锁模激光器作为采样脉冲光源，可以实现低至亚皮秒量级的光脉冲宽度和低至亚飞秒量级的脉冲时间抖动。

技术领域

本发明涉及一种全光模数转换器结构，特别是一种InP基单片集成全光模数转换器结构，属于全光信息处理领域。

背景技术

自21世纪以来，人类社会已经全面进入数字化信息时代。这是由于数字信号具有传输速率高、稳定性好、保密性好等模拟信号不具备的优势，然而，我们日常生活中的信息都以模拟信息形式存在，需要通过模数转换器将其转换为数字信号，才能进行信号的传输和处理。模数转换器作为连接模拟信号和数字信号的桥梁，在卫星通信、医学成像、相控阵雷达系统、电子侦察等领域中发挥着至关重要的作用。

电子模数转换器作为当前主流的模数转换方法，由于受到采样保持电路的带宽、采样时钟抖动和比较器的弛豫时间等因素的限制，已经难以满足日益增长的高带宽、高采样率和高量化精度的应用需求。而基于光子技术的光模数转换器具有低脉冲时间抖动、高采样速率、高量化精度和高处理带宽等优势，在未来高速全光网络、全光信息处理等领域具有广泛的应用前景和研究价值。

全光模式转换器作为光模数转换器的一个种类，采样和量化均在光域上完成，编码和判决属于后续操作，在这里不考虑。相比于其他类型的光模数转换器，可以完全避开电子模数转换器的瓶颈问题，是未来光模数转换器的发展趋势。目前，大多数的全光模数转换器由多个分立光学器件组成，存在系统结构复杂、体积巨大、稳定性较差等缺点。也有的全光模数转换器采用硅基混合集成光学波导的方案，具有耦合损耗高、成品率低、制作容差小等劣势。相较于硅基材料，InP属于直接带隙半导体材料，基于InP材料的InGaAsP、AlInGaAs是非常理想的光源制备材料，而且InP材料体系可以实现有源器件和无源器件的单片集成、工艺成熟、没有对准耦合的问题，正在朝着批量化和产业化的方向发展。InP基单片集成全光模数转换器结构没有对准耦合损耗的问题，而且体积小、结构简单、性能稳定，将会成为未来全光信息处理领域的重要研究方向。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有电子模数转换器由于受到自身固有电子瓶颈的限制，存在采样保持电路带宽受限、采样时钟抖动严重和比较器不稳定等缺陷，以及目前大多数的全光模数转换器由多个分立光学器件组成，存在系统结构复杂、体积巨大、稳定性较差等缺陷，提出了一种InP基单片集成全光模数转换器结构。在该结构中，采样和量化均在光域上完成，可以完全避开电子模数转换器的瓶颈问题，具有低脉冲时间抖动、高采样速率、高量化精度和高处理带宽等优势。另外，该结构采用InP材料为基底，可以实现有源器件和无源器件的单片集成，解决了由分立器件组成的全光模数转换器中存在的系统结构复杂、体积巨大、稳定性较差、耦合损耗高等问题。

本发明的技术方案是：一种InP基单片集成全光模数转换器结构，包括半导体锁模激光器、电吸收调制器、1×2分束器结构a、1×2分束器结构b和移相器结构，其中：

所述的半导体锁模激光器作为采样脉冲光源输出采样脉冲信号；

所述的1×2分束器结构a用于对半导体锁模激光器输出的采样脉冲信号进行分束处理，其中一个输出端作为InP基单片集成全光模数转换器结构的第一输出端，另外一个输出端连接至电吸收调制器；

所述的电吸收调制器用于对1×2分束器结构a发送来的采样脉冲信号进行强度调制，实现对模拟电信号的光采样，并发送至1×2分束器结构b；