[发明专利]基于硅基微环耦合马赫曾德调制器

说明书

一种用于产生超宽带脉冲信号的基于硅基微环耦合马赫曾德调制器，一个跑道型的微环谐振器通过一个马赫曾德耦合器与一个马赫曾德干涉器的一臂耦合，在该马赫曾德干涉器的另一臂上分别集成有一个热移相器和一个可调光衰减器，在所述的马赫曾德耦合器的两臂上分别集成第一微加热器和第二微加热器，所述的跑道型的微环谐振器上集成有一段PN结有源区，所述的PN结有源区与高速调制电信号源相连。本发明可以产生不同形状的UWB脉冲，原理简单，易于实现，在微波光子和信号处理领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电光调制器件，特别是一种用于产生超宽带脉冲信号的基于硅基微环耦合马赫曾德调制器。

背景技术

随着计算机和通信技术的发展，现代社会对信息的需求量呈指数增长。在短距离通信方面，随着芯片尺寸的不断减小，速度不断提高，传统电互连面临寄生效应加剧、传输带宽受限等一系列瓶颈,光互连因其具有不同信号之间传输互不干扰、大带宽等优势，已成为代替金属互连的理想解决方案。电光调制器是这一领域的核心器件之一，研究高调制带宽、高消光比、低功耗、易集成及低成本的电光调制器具有重要现实意义。相较于目前普遍商用的铌酸锂调制器的大体积，以及三五族(如砷化镓、磷化铟等)调制器复杂和高昂的工艺加工，集成硅基光调制器由于其低廉的制造成本、高性能的光电子集成特性以及与传统CMOS工艺的兼容性，具有巨大的研究应用前景。

上世纪70年代以来，随着光学与微波技术的蓬勃发展，出现了一种将微波与光学两门学科的优势结合起来的新兴交叉领域——微波光子学。微波光子学聚焦于光信号和微波信号的相互作用，把光学技术应用于微波系统中，利用光学系统特有的低损耗和大带宽的优势对微波信号进行传输和处理，同时也把各种微波技术应用到光学系统中，促进光通信网络和系统的发展。集成硅基调制器对微波光子学的发展发挥着不可或缺的作用。

超宽带(Ultra-wideband,简称为UWB)脉冲信号是一种颇具前景的无线通信技术，广泛应用于短距离大容量的无线通信系统和大带宽的传感网络。美国联邦通信委员会(FCC)规定，UWB脉冲的带宽须大于信号中心频率的20％或者不低于500MHz，同时规定在3.1～10.6GHz的频段内，功率谱密度小于-41.3dBm/MHz的UWB脉冲信号使用无需许可。超宽带信号具有传输速率高、带宽极宽、大系统容量、低功率谱密度、保密性好和抗多径衰落等优势特点。早先UWB脉冲的产生都是依赖全电域的方法，由于光域信号产生和处理具有轻量级和低损耗等优点，由光域直接产生UWB脉冲信号成为近年来的研究热点。现有的由光域直接产生UWB脉冲的方法可大致可分为以下三类：

(1)基于相位调制转换为幅度调制的UWB脉冲产生方案；

(2)基于微波光子延迟线滤波器的UWB脉冲产生方案；

(3)基于光谱成型和频率时间映射的UWB脉冲产生方案。

这些方案的实现较为复杂，测试系统相对庞大，并且较少有通过完全光电子集成芯片产生UWB脉冲信号的方案。

发明内容

本发明是针对传统UWB脉冲产生方案中光学系统复杂和难于集成的问题，基于现有的光子学理论和微波光子技术，提出一种产生UWB脉冲信号的基于硅基微环耦合马赫曾德调制器。本调制器可以产生不同形状的UWB脉冲，原理简单，易于实现，在微波光子和信号处理领域具有广阔的应用前景。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于硅基微环耦合马赫曾德调制器的超宽带脉冲信号产生芯片，其特点在于，一个跑道型的微环谐振器通过一个马赫曾德耦合器与一个马赫曾德干涉器的一臂耦合，在该马赫曾德干涉器的另一臂上分别集成有一个热移相器和一个可调光衰减器，在所述的马赫曾德耦合器的两臂上分别集成第一微加热器和第二微加热器，所述的跑道型的微环谐振器上集成有一段PN结有源区，所述的PN结有源区与高速调制电信号源相连。

所述微环有源区的PN结在波导截面上呈现L型或者U型。