宽调谐可重构的集成微波光子滤波器的研究

Microwave photonic filters bring advantages such as low loss, large frequency tuning range, wide instant bandwidth and immunity to electromagnetic interference. They can find typical applications in military and defense, satellite remote sensing, optical and wireless converged communications and so on. This project chose the As2S3 which has high Brillouin gain factor as waveguide to present integrated microwave photonic filter. The main part of this project is the research of integrated filter chip, the fundamental issues and key technologies for the improvement of system performance. Based on the investigation of main factor influencing the Brillouin gain, a partial suspended As2S3 waveguide is designed to increase the Brillouin gain. The multi-pump is adopted to broaden the tuning range of the filter. Using the technology of the binary phase shift keying modulation, it will realize dynamic reconfiguration of the filter bandwidth. The frequency tuning range of the integrated microwave photonic filter is 0.8GHz-31GHz, the bandwidth tunable range is 50MHz-700MHz, and the Brillouin gain is 50dB. The realization of integrated microwave photonic filter make the possibility to integrate the laser, modulator, microwave photonic signal processor and photoelectric detector on a chip which has small size, light weight and low power consumption.

微波光子滤波器具有低传输损耗、宽频率调谐范围、大瞬时带宽以及抗电磁干扰能力强等优点，在军事国防、卫星遥感、光载无线通信等领域有重要的应用。本项目以布里渊增益系数高的As2S3为波导材料，研究集成微波光子滤波器，主要研究集成滤波器芯片以及滤波系统性能提升中的基础问题和关键技术，深入探究布里渊增益的影响因素，设计半悬空As2S3波导光栅提升布里渊增益。采用多泵浦信号，增加滤波器的频率调谐范围；采用二进制相移键控调制技术，实现滤波器带宽动态重构。滤波器频率调谐范围0.8GHz-31GHz、带宽可变范围50MHz-700MHz、集成器件的布里渊增益50dB。集成微波光子滤波器的研制将有利于将激光器、调制器、微波光子信号处理器、光电探测器等功能器件混合集成到同一基片上，最终实现系统小体积、轻量化与低功耗。

随着通信传输速率的提高，实现射频信号复用时，需要根据信道要求来合理配置信道带宽，因此通带带宽可灵活重构、中心频率可连续调谐的微波滤波器的研究具有重要的意义。传统的电学滤波器的重构和调谐能力差，而微波光子滤波器具有低传输损耗、宽频率调谐范围、大瞬时带宽以及抗电磁干扰能力强等优点。. 本项目以布里渊增益系数高的As2S3为波导材料，研制集成微波光子滤波器，主要研究集成滤波器芯片以及滤波系统性能提升中的基础问题和关键技术。采用两个泵浦光信号，使高频泵浦光产生的增益补偿相邻的低频泵浦光产生的损耗，增加滤波器的频率调谐范围，研究泵浦光频率的稳定性对滤波器输出频率稳定性以及带外抑制比的影响，探索频率稳定的泵浦光的产生方法，滤波器的频率调谐范围为0.8GHz-31GHz。提出了数字调制与模拟调制技术相结合的方法实现滤波器通带展宽，利用BPSK调制技术，通过改变码型速率来重构滤波器的带宽，利用梳状泵浦光的离散谱特点，补偿了当采用单独数字调制时，由于滤波器通带的展宽而引起的幅值衰减，滤波器的带宽可变范围40MHz-700MHz。对基于SBS的集成微波光子滤波器的结构进行了详细的分析与设计，以硫化砷作为波导的芯层材料并设计半悬空的波导结构，通过对SBS光场限制、声场限制以及声光耦合效率进行分析确定波导截面边长为0.9μm，有效长度为3.9cm。为了提升SBS增益特性，在波导中加入布拉格光栅结构，使SBS增益达到58.5dB，3dB线宽降为7.8MHz。进一步优化器件性能和制作工艺，有望将激光器、调制器、微波光子信号处理器、光电探测器等功能器件混合集成到同一基片上，最终实现系统小体积、轻量化与低功耗。. 在本项目资助下，发表SCI检索论文6篇，获得发明专利4项，申请发明专利2项，培养硕士研究生2名，全面完成了项目计划书中的各项指标。