基于电光调制器的微波信号倍频技术研究进展

基于电光调制器产生微波信号的倍频方法结构简单、调谐性好、稳定性较高,为产生毫米波频段乃至太赫兹频段信号提供了一种有效的解决方法。重点介绍了基于电光调制器的几种典型倍频方案与关键技术及其最新研究进展,综合比较了各个方案的优缺点,并给出了下一步研究与发展的方向。     

1064nm低电压薄膜铌酸锂电光调制器

低半波电压电光调制器是实现大规模光电集成的关键。文章提出了一种半波电压低于1.5 V的薄膜铌酸锂马赫-曾德尔(Mach-Zehnder, MZ)电光调制器,选用绝缘体上单晶薄膜铌酸锂材料作为设计基础,分析了直波导、多模干涉耦合器、弯曲波导和调制臂等结构对电光调制器的影响。结果表明,当调制臂长为3 mm时,该薄膜铌酸锂电光调制器具有1.05 V的低半波电压、0.319 dB的低损耗和27 dB的高消光比。同时,该调制器半波电压长度积为0.315 V·cm,调制效率高,具有与CMOS技术兼容的半波电压,有利于大规模光电集成。     

新型LiNbO3电光调制器

LiNbO3电光调制器是用于高速光通信系统最有希望的器件，已成为国内外研发的热门器件。目前已开发了多种类型的LiNbO3电光调制器，章介绍了几种新型LiNbO3电光调制器。     

马赫-曾德尔电光调制器工作点自动控制

为实现马赫-曾德尔(MZ)电光强度调制器(EOIM)工作点的实时控制,提出一种基于虚拟仪器技术的工作点自动控制方案。采用闭环反馈控制系统,引入微扰动信号,通过"扫描—鉴相补偿"的方法,可以使自动控制工作点长时间锁定于传输曲线的最低点。当激光器输出功率为6mW,控制EOIM在1h内稳定于最低点,实验测得EOIM输出平均光功率1.198μW,标准差0.123μW,波动小于0.43μW;在EOIM最低点外加电脉冲信号进行调制时,产生消光比均值达25.71dB的光脉冲。输出脉冲消光比与未加控制时相比提高9.94dB,波动小于0.5dB,大大提高了MZ电光调制器的工作稳定性。     

基于小信号的电光调制器半波电压测量方法北大核心CSCD

针对马赫-曾德尔(Mach-Zehnder,M-Z)型电光调制器高频半波电压测量方法复杂、测量仪器昂贵、测量成本高等问题,提出了一种基于小信号的高频半波电压测量方法。该方法利用光功率计的积分特性,仅使用光源、信号发生器、直流电源及光功率计,通过测量待测器件在有射频信号输入和无射频信号输入下输出功率极值的变化,即可实现对M-Z型电光调制器高频半波电压的高精度测量。采用OptiSystem开展了测量方法的仿真验证,采用Matlab完成了测量误差分析,并在1 kHz频率下对测量方法进行了实验验证。仿真及实验结果表明:该测量方法可以仅利用小信号完成M-Z型电光调制器半波电压的准确测量,1 kHz下绝对误差小于0.5%,换算所得的1 dB压缩点在10 GHz~40 GHz频率范围内与频响曲线的相对误差小于±0.3 dB。     

基于级联调制器的24倍频毫米波信号产生

为了有效解决高频毫米波信号源产生困难的问题,提出了一种基于级联强度调制器的24倍频可调毫米波信号产生系统.将低频本振信号调制到第一级双平行马赫-曾德尔强度调制器上,分别控制主调制器和子调制器的偏置电压,使其均偏置在最大传输点上,精确控制低频本振信号的幅值和相位,可以对应产生的-4阶和+4阶边带信号,通过光电检测器拍频,得到的8倍频信号调制到第二级马赫-曾德尔调制器上,控制第二级调制器的偏置电压,使其工作在最小传输点上,可以产生-12阶和+12阶边带信号,经过光电转换后可以得到射频驱动信号频率24倍的毫米波信号,当本振信号频率发生改变时,得到的毫米波信号频率对应改变.     

任意偏置点的电光调制器自动偏置控制方法

为了实现对双电极马赫-曾德尔电光调制器任意直流偏置点的自动偏置控制,采用在闭环控制基础上,引入一个可调移相器使不同直流偏置点处误差信号相同的方法,理论分析了可调移相器相移量与直流偏置相位的关系,仿真得到对于不同偏置点,当调制器直流偏置相位漂移达-0.15rad~0.08rad,移相器引入附加相位漂移-0.55rad~0.55rad时,经偏置控制后相位漂移被限制在-3.010-4rad~1.710-4rad范围内。结果表明,该方法有效实现了对电光调制器任意直流偏置点的自动偏置控制。     

LiNbO3电光调制器及其设计

电光调制器是高速光通信的关键器件，受到国内外极大关注。本叙述了LiNbO3电光调制器的基本原理与参数，并介绍了LiNbO3调制器设计与结构性能。     

电光调制器偏置点抖动控制对射频信号的影响

马赫-曾德尔电光调制器的偏置点控制是光载射频传输链路中一项十分关键的技术。为了分析马赫-曾德尔电光调制器偏置点抖动控制对射频信号的影响,用贝塞尔级数展开再进行频谱分析的方法对系统输出信号成分进行了理论分析,设计了马赫-曾德尔调制器任意点控制系统并进行了实验验证。用MATLAB进行仿真后可知,在输入射频功率为18dBm时,抖动信号幅度需小于45mV,2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比才能大于20dB;而在输入射频功率为10dBm时,这个幅度要小于19mV。改变抖动信号幅度进行实验,得到2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比与仿真结果误差始终保持在3dB~3.2dB左右。结果表明,马赫-曾德尔电光调制器工作在线性偏置点时,抖动信号引起的频率分量是可以忽略的;但将调制器偏置控制在最低偏置点时,对射频信号的影响不可忽略。     

铌酸锂低半波电压电光调制器研究

对降低铌酸锂(LN)电光调制器的半波电压进行了研究,探索了利用反射结构实现低半波电压的原理.通过退火质子交换工艺在x切LN晶片上制作了反射结构的LN电光调制器.测试表明,这种反射结构的LN电光调制器在保持器件长度不变的条件下可以降低半波电压.     

全光纤聚合物电光调制器

设计了一种新型的基于长周期光纤光栅的全光纤聚合物高速电光调制器。应用多层光波导和耦合模理论,分析了这种调制器中长周期光栅的谐振波长随施加在聚合物上调制电压的变化。得出在电压仅为8V时对长周期光栅谐振波长的调制就可达到20nm。     

用纵向电光调制器测量透明材料的残余应力

基于光测弹性学中测量残余应力的基本理论，提出应用纵向电光调制器测量透明半透明材料残余应力的新方法。材料的残余应力会使通过材料后的线偏光产生相位延迟，而纵向电光调制器可以精确地调节线偏光的相位延迟，合理利用调节电光位相延迟补偿由残余应力引起的相位延迟，通过对调制电压的精确测量就能达到精确测量材料残余应力的目的。对两种标准聚碳酸酯的测量实验表明，采用这种方法测量物质残余应力装置简单，测量方便．且对残余应力的测量灵敏度容易达到λ／1000。     

双环推挽型高线性M-Z光强调制器特性研究

对损耗影响下的双环推挽（TRAPP）型马赫一曾德（M-Z）光调制器的线性特性进行了研究。分析表明,存在损耗时,设计特定的光微环与M-Z干涉臂间的耦合大小,并控制偏置点,总可以获得2次与3次高阶项为零的调制曲线;当微环1周损耗小于5dB时,线性范围总是可以达到90％以上;当损耗过大时,导致基于微环的全通滤波器的相位响应受限,虽然调制曲线在自身范围内依然保持高的线性度,但调制曲线固有的调制深度将限制整体线性范围。     

全封装的薄膜铌酸锂电光调制器（特邀）

高速电光调制器是宽带光通信网络和微波光子系统中的关键元器件之一。相对于体材料铌酸锂而言,薄膜铌酸锂材料由于其较强的光场限制能力,在构建小尺寸、宽带、低半波电压的高性能电光调制芯片上有独特的优势。文章基于薄膜铌酸锂材料研制了一种3 dB带宽不低于50 GHz的电光调制芯片,并采用光纤与波导水平端面耦合的光学封装方案和基于1.85 mm同轴接头的射频封装方案,实现了全封装的薄膜铌酸锂电光调制器。测量结果表明,封装后器件的光学插入损耗小于等于5 dB,3 dB带宽大于等于40 GHz,射频半波电压小于等于3 V@1 GHz。     

铌酸锂M-Z电光强度调制器光辐射模研究

铌酸锂马赫-曾德尔(M-Z)电光强度调制器光辐射模与光纤耦合是导致芯片与光纤组件耦合失效的主要原因。采用光纤与芯片高精度耦合扫描法对光波导和光辐射模进行扫描,研究了光辐射模中心位置分布、光辐射模输出光功率随偏置电压的变化特性,以及光辐射模、光波导与光纤耦合光能量的分布特性。测得光波导在X,Y方向的有效耦合范围分别为14～15.5μm和14～16μm,光辐射模在X,Y方向的有效耦合范围分别为89～92μm和92～96μm。根据所研究的光辐射模特性,制定了失效耦合的解决方案,解决了光辐射模耦合失效问题。     

热极化保偏光纤电光相位调制器

对熊猫保偏光纤热极化 ,制成了一种新型保偏光纤电光相位调制器。在 2 80℃温度下 ,在磨抛并镀有微带电极的熊猫光纤两侧加 30 0 0V直流高电压进行极化 ,制成的电光相位调制器的电光系数为 0 47± 0 .0 5pm/V。此新型光纤电光相位调制器由保偏光纤制成 ,可用其构成偏振稳定的干涉型全光纤器件。     

高速硅基单端推挽驱动狭缝脊波导调制器

针对硅基单端推挽驱动调制器的脊波导pn结部分结电容较大,限制了调制器带宽进一步提高的问题,提出了一种狭缝脊波导pn结结构。通过将脊波导pn结蚀刻一定尺寸的狭缝,降低了pn结电容,实现了带宽的提升。对两种pn结进行了仿真对比,结果表明,在相同电极结构与掺杂条件下,狭缝脊波导调制器比脊波导调制器的电光带宽提升了约8.3 GHz。基于优化的单端推挽驱动狭缝脊波导调制器,仿真实现了90 Gbit/s的OOK信号调制,眼图消光比为14.69 dB。     

Four-channel CWDM transmitter chip based on thin-film lithium niobate platform

Multi-lane integrated transmitter chips are key components in future compact optical modules to realize high-speed optical interconnects. Thin-film lithium niobate (TFLN) photonics have emerged as a promising platform for achieving high-performance chip-scale optical systems. Combining a coarse wavelength-division multiplexing (CWDM) devices using fabrication-tolerant angled multimode interferometer structure and high-performance electro-optical modulators, we demonstrate monolithic on-chip four-channel CWDM transmitter on the TFLN platform for the first time. The four-channel CWDM transmitter enables high-speed transmissions of 100 Gb/s data rate per wavelength channel (i.e., an aggregated date rate of 400 Gb/s).