一种带通/带阻双输出集成微波光子滤波器

本发明涉及微波光子领域，具体涉及一种带通/带阻双输出集成微波光子滤波器。

背景技术：

1、随着社会和经济的快速发展，信息需求呈现出爆炸式增长，信息流量也在以指数级的速度增加，传统的微波技术在速率和带宽方面逐渐暴露出瓶颈，难以满足日益增长的通信需求。相较之下，光通信凭借其高频率、大带宽、低损耗以及抗电磁干扰等优势，成为解决这一挑战的理想途径。此外，光学器件因其小巧轻便的特性，能够有效应对传统电子技术的局限，展现出巨大的发展潜力。

2、在这一背景下，微波光子学(mwp)作为微波技术与光子技术融合的产物，成为一门重要的交叉学科。微波光子学主要研究微波信号与光子之间的相互作用，通过光学手段生成、处理、控制并传输微波信号。该技术能够将微波信号转移至光频域，既充分利用了光的大带宽、低损耗和抗电磁干扰的优点，同时保留了微波广覆盖、可移动和高灵活性的特点。因此，微波光子学在雷达、无线通信、传感、成像和仪器等领域具有广泛的应用前景。

3、微波光子滤波器作为微波光子学的热门研究领域之一，通过电光调制将电信号加载到光波上，利用光子器件处理这些信号，在实现传统滤波器功能的同时，具有低损耗、高带宽、抗电磁干扰、可调谐和可重构等显著优势，能够满足现代通信系统对滤波器日益严苛的性能要求。

4、多输出滤波器相较于单输出滤波器的主要优势在于其能够从单一输入信号中生成多个输出信号，这种能力使得多输出滤波器可以在一个器件内实现对信号的多路分发和选择，显著提高了系统的功能密度和灵活性。此外，多输出滤波器减少了对多个单独滤波器的需求，降低了系统的复杂性和成本，并减少了物理空间的占用。通过在一个设备中实现多路输出，系统可以更高效地处理信号，提高了整体性能和资源利用率。因此，多输出微波光子滤波器的实现对于提高系统效率、降低系统成本和复杂性具有重要意义。

5、近年来，光子集成电路(pic)技术的迅猛发展进一步推动了集成微波光子学(imwp)的进步。基于pic技术的imwp滤波器通过将关键光学元件集成在芯片级平台上，实现了显著的尺寸、重量和功耗的降低，并增强了系统的稳定性。相比传统基于光纤的mwp滤波器，imwp滤波器凭借厘米级的光子芯片，表现出更优异的性能和更广泛的应用潜力。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供了一种带通/带阻双输出集成微波光子滤波器，基于薄膜铌酸锂平台，两个输出具有互补的带通响应和带阻响应。

2、一种带通/带阻双输出集成微波光子滤波器，包括：薄膜铌酸锂芯片，所述薄膜铌酸锂芯片包括：

3、用于传输光信号的第一光波导；

4、与所述第一光波导输出端连接的第一光耦合器；

5、与所述第一光耦合器连接的第二光波导与第三光波导；

6、与所述第二光波导连接的第二光耦合器；

7、与所述第二光耦合器连接的第一相移波导与第二相移波导；

8、用于调制所述第一相移波导与第二相移波导内光信号的行波电极组；

9、与所述第一相移波导与第二相移波导连接的第三光耦合器；

10、与所述第三光耦合器连接的第四光波导；

11、与所述第四光波导耦合连接的第一环形谐振腔；

12、与所述第四光波导耦合连接的第二环形谐振腔；

13、与所述第一环形谐振腔耦合连接的第五光波导；

14、与所述第三光波导的输出端和第五光波导的输出端连接的第四光耦合器；

15、与所述第四光耦合器连接的第六光波导。

16、所述第二光波导、第二光耦合器、第一相移波导、第二相移波导、第一行波电极组、第三光耦合器、第四光波导构成电光调制器。

17、所述的薄膜铌酸锂芯片的薄膜厚度为350～450nm。

18、所述薄膜铌酸锂芯片基于x切薄膜铌酸锂平台，包括硅衬底、设置在硅衬底上的sio2埋氧层以及设置在所述sio2埋氧层上的铌酸锂薄膜(厚度为400nm)，光沿y方向传播，电场方向为z方向。所用波导皆为脊波导。

19、所述第一环形谐振腔为跑道型样式，波导宽度为4μm，含两侧600μm长的直波导调制臂区域以及连接直波导的180度欧拉弯曲波导，180度欧拉弯曲波导由两个完全相同的90度欧拉弯曲构成，最大弯曲半径为4000μm，最小弯曲半径为100μm，第一环形谐振腔总周长为1813μm。该环形谐振腔波导采用铌酸锂材料制成，横截面为凸字形，波导的高度为400nm，其中，顶部凸起的高度为200nm，级联波导与微环波导耦合长度为550μm，间隙500nm。

20、所述第二环形谐振腔为跑道型样式，波导宽度为3.6μm，含两侧588μm长的直波导调制臂区域以及连接直波导的180度欧拉弯曲波导，180度欧拉弯曲波导由两个完全相同的90度欧拉弯曲构成，最大弯曲半径为4000μm，最小弯曲半径为100μm，第一环形谐振腔总周长为1789μm。该环形谐振腔波导采用铌酸锂材料制成，横截面为凸字形，波导的高度为400nm，其中，顶部凸起的高度为200nm，级联波导与微环波导耦合长度为550μm，间隙500nm。

21、所述的薄膜铌酸锂芯片的输入端连接有激光器。

22、所述的薄膜铌酸锂芯片的输出端连接有光电探测器。

23、本发明基于薄膜铌酸锂(lnoi)平台，芯片输入端连接激光器输入光载波，片上光电调制器实现电信号到光信号的转换，片上微环、耦合器等基础器件结构实现光信号处理，芯片输出端连接光电探测器将信号恢复为电信号，实现了具有互补带通/带阻响应的双输出集成微波光子滤波器，减少了对多个单输出滤波器的需求，降低了系统的复杂性和成本。利用pic技术集成微波光子滤波器，减小了系统的重量、功耗、尺寸，使得该系统在各类通信和电子设备中具有广泛的应用前景。

24、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

25、一、本发明创新性地提出了一种新型双输出微波光子滤波器结构，两输出分别为带阻和带通滤波，且响应互补。目前通过微波光子实现多输出滤波器发明较少，本发明填补了这一空白。

26、二、将除激光器和光电探测器外的器件集成到片上，具有低功耗、低成本、高稳定性等优势。

27、三、ln材料电光系数较高，具有优秀的电光效应，因此调制器可以在较低的驱动电压下工作，在降低功耗的同时，还减少了热效应对器件性能的影响，提高了系统的效率和稳定性。

28、四、本发明结构简单，仅需一个马赫曾德尔电光调制器和两个微环，即可实现双输出滤波功能。

技术特征：

1.一种带通/带阻双输出集成微波光子滤波器，包括：薄膜铌酸锂芯片，其特征在于，所述薄膜铌酸锂芯片包括：

2.根据权利要求1所述的带通/带阻双输出集成微波光子滤波器，包括：薄膜铌酸锂芯片，其特征在于，所述的薄膜铌酸锂芯片的薄膜厚度为350～450nm。

3.根据权利要求1所述的带通/带阻双输出集成微波光子滤波器，包括：薄膜铌酸锂芯片，其特征在于，所述的薄膜铌酸锂芯片的输入端连接有激光器。

4.根据权利要求1所述的带通/带阻双输出集成微波光子滤波器，包括：薄膜铌酸锂芯片，其特征在于，所述的薄膜铌酸锂芯片的输出端连接有光电探测器。

技术总结本发明公开了一种带通/带阻双输出集成微波光子滤波器，包括：薄膜铌酸锂芯片，所述薄膜铌酸锂芯片包括：第一光波导；第一光耦合器；第二光波导与第三光波导；第二光耦合器；第一相移波导与第二相移波导；行波电极组；第三光耦合器；第四光波导；第一环形谐振腔；第二环形谐振腔；第五光波导；第四光耦合器；第六光波导。本发明在薄膜铌酸锂芯片上集成制作的马赫曾德尔调制器、微环谐振器、光耦合器等基础器件。本发明结构简单，通过微环谐振器、光耦合器等少量基础单元器件就可同时实现互补的带通滤波和带阻滤波。将除激光器和探测器以外的结构集成到片上，降低了系统功耗、成本和复杂度，提升了系统稳定性。技术研发人员：颜源,储涛受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14