高形状因子、可编程硅基微波光子滤波器集成芯片的研究

With the increasing of the frequency of microwave communication, the diversification of modulation formats and application of new communication technologies, microwave filters process toward miniaturization, large bandwidth, high flexibility and high shape-factor. Microwave photonic filters have distinct advantages of large bandwidth, high processing rate and anti-electric magnetic field interference compared with the traditional electronic filters. However, the proposed microwave filter schemes are mostly based on discrete instruments, which are bulky and high power consumption. And the shape-factors of the filters are usually low. Moreover, only few schemes have capability to tune both the filter central wavelength and bandwidth. In this project, we propose a silicon-on-insulator on chip high shape-factor and programmable microwave photonic filter based on an eight-tap finite impulse response structure. By controlling the amplitude modulator and phase modulator on each tap with thermal heaters, we can obtain a rectangular filter with tunable bandwidth and a high shape-factor that is more than 0.5. Furthermore, the tunability of the filter central wavelength, bandwidth and passband shape can be also realized. The filter is small size, light weight and flexible. It can be applied in large bandwidth signal processing, and it is also an alternative method to part the channels. Our filter can be widely used in defense field and 5G networks.

为了满足微波通信系统频率不断提升、调制格式多样化以及新型通信技术应用的需求，微波滤波器正向着微型化、大带宽、高灵活性、高形状因子等方面发展。在微波通信和信号处理系统中，微波光子滤波器与传统电学滤波器相比在带宽、处理频率、抗电磁干扰等方面具有明显的优势。但是目前的微波光子滤波器方案大多基于分立仪器，重量和功耗都较大；过渡带平缓，形状因子较低；能同时实现中心波长和带宽可调的方案较少，灵活性也不高。本项目将结合硅基集成技术和有限冲激响应原理实现一种具有高形状因子和可编程特性的微波光子滤波器集成芯片。通过对滤波器中各幅度和相位调制器的精细控制，该滤波器可以实现带宽可调且形状因子大于0.5的矩形滤波曲线，以及中心波长可调、带宽可调和滤波形状可变三种不同滤波功能。该滤波器尺寸小、重量轻、灵活性高，能适用于大带宽信号处理，并能提供一种理想的信道划分方式，可广泛应用于国防领域和5G网络中。

随着微波通信系统频率的不断提升、多样化调制格式的涌现，微波滤波器向着微型化、大带宽、高灵活性、高形状因子等方面发展。而微波光子滤波器与传统电学滤波器相比在带宽、处理频率、抗电磁干扰等方面具有明显的优势。针对现有微波光子滤波器方案大多基于分立仪器，重量和功耗都较大，形状因子较低，能同时实现中心波长和带宽可调的方案较少，灵活性不高等缺点。本项目将结合硅基集成技术和有限冲激响应原理实现一种具有高形状因子和可编程特性的微波光子滤波器集成芯片。通过对滤波器中各幅度和相位调制器的精细控制，该滤波器可以实现带宽7.3 GHz可调且形状因子大于0.55的矩形滤波曲线，以及中心波长可调、带宽可调和滤波形状可变三种不同滤波功能。在本项目的支持下，课题组共在国内外重要学术期刊和会议上发表和录用论文15篇（其中SCI收录国际期刊论文8篇，EI收录论文7篇），申请发明专利1项。在相关研究成果的支持下获批重庆市自然科学基金面上项目（省部级项目）1项、东南大学毫米波国家重点实验室开放课题1项、上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室开放课题1项。培养硕士研究生6名，培养的研究生中1人获得优秀研究生称号，4人获得学业奖学金。项目组与东南大学、上海交通大学、中国地质大学等高校建立了合作关系，联合发表多篇高质量论文。项目执行期间赴武汉、成都、厦门等地参加学术交流会议10人次。在OECC、ICCC、POEM等国际会议上多次报告了该项目的研究成果。