[发明专利]光子模数转换的级联调制器芯片

说明书

一种光子模数转换的级联调制器芯片，在一块芯片上设有多个调制结构、功能电极和光端口，所述的调制结构包括光采样结构和多通道并行解复用结构；所述的功能电极包括直流电极、射频电极和热移相电极；所述的光端口包括对光端口、光输入端口、输出测试端口和测试端口；所属的级联调制器芯片中各调制结构之前可加或不加延迟线。本发明实现了片上光采样和多通道并行解复用效果，大大减小了光采样与并行解复用结构的复杂度、体积与功耗，有效的降低了通道失配，同时提升了模数转换性能和可靠性。作为光子模数转换的核心模块，级联调制芯片对实现光子模数转换系统的小型化、低功耗和高稳定性，具有十分关键的作用。

技术领域

本发明涉及微波光子集成，特别是一种光子模数转换中的级联调制器芯片。

背景技术

随着光信号处理与转换、高分辨测量设备以及光信号质量检测等领域的不断发展，对模数转换技术的要求越来越高。由于传统电子技术遭遇“电子瓶颈”，进一步提升电子模数转换性能面临很大的挑战。光子模数转换技术(以下简称PADC)利用光子的高速、宽带的特点可以有效提升模数转换系统的性能，从而为新一代的模数转换装置发展提供了有效途径。随着PADC技术的不断发展，多种技术方案被提出，包括光学辅助的模数转换器、光采样电量化的模数转换器、电采样光量化的模数转换、光采样光量化的模数转换器及全光子模数转换器等。其中，光采样电量化的模数转换器同时兼顾光子学的大带宽、高精度以及成熟的电量化技术等优点，成为目前光电子领域的一大研究热门。目前主要有两种光采样电量化的模数转换器方案：基于波分复用技术(参见T.R.Clark,J.U.Kang and R.D.Esman,“Performance of a time andwavelengthinterleaved photonic sampler for analog-digital conversion,”IEEE Photon.Tech.Lett.,vol.11,1168～1169,1999)、基于时分复用技术(A.Yariv and R.G.M.P.Koumans et al.,“Time interleaved optical samplingforultra-high speed A/D conversion,”Electronics Letters,34(21):2012-2013,1998)。

基于波分复用技术的解复用结构简单，但随着对超高采样速率的需求不断增加，需要更多的系统通道数，并且波分复用装置引起的光谱不均一加重了系统的失配，从而增加了系统复杂度。随着高重复频率光脉冲产生技术和高速光开关技术的不断发展，通过对采样后的高速光脉冲序列进行多通道解复用，实现并行化的数据处理，能够降低后端电光转换和电ADC的带宽和速率的压力(参见G.Yang,W.Zou,L.Yu,and J.Chen,“Influence ofthe sampling clock pulse shape mismatch on channel-interleaved photonicanalog-to-digital conversion,”Opt.Lett.43(15):3530-3533,2018)。

基于高速光开关的PADC技术需要光子模数转换装置采用高速率的脉冲激光器作为系统光源，通过调制器级联的方式对采样后的光脉冲序列进行多通道解复用，并通过并行的光电转换、并行电量化以及并行数据处理，最终实现高速率高精度宽带的光子模数转换。其中的调制器级联在光子模数转换中占据着重要位置，采用多个分立的调制器，面临着系统不稳定，体积大等诸多问题。另一方面，随着光电子集成技术的发展，PADC系统的集成化和小型化是其创新发展的必然趋势。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种光子模数转换中的级联调制器芯片，将多个调制结构集成在一块芯片上，不仅能减小解复用结构的体积和功耗，还能有效的降低通道失配，提高系统的稳定性，同时也是实现PADC系统集成化和小型化的核心要素。

本发明的技术方案如下：

一种基于光子模数转换的级联调制芯片，其特点在于，在一块芯片上包括多个调制结构、功能电极和光端口，