[發明專利]集成脈沖源裝置及操作方法

在審

• 申請號: 201811166013.0
• 申請日: 2018-10-08
• 公開（公告）號: CN109412700A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 吳侃;劉思奇;周林杰;陸梁軍;張丙健;周剛強;陳建平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04B10/54
• 分類號: H04B10/54;H04B10/548;H04B10/508;H04B10/50
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種集成脈沖源裝置，其特征在于包括硅基基片(1)和控制模塊(14)，在所述的硅基基片(1)上制備可調激光器(2)、第一連接波導(3)、第一強度調制器(4)、第二連接波導(5)、第二強度調制器(6)、第三連接波導(7)、可調帶通濾波器(8)、輸出波導(9)、激光器電學接口(10)、第一強度調制器電學接口(11)、第二強度調制器電學接口(12)和濾波器電學接口(13)，沿可調激光器(2)的激光輸出方向依次是所述的第一連接波導(3)、第一強度調制器(4)、第二連接波導(5)、第二強度調制器(6)、第三連接波導(7)、可調帶通濾波器(8)和輸出波導(9)，所述的控制模塊(14)分別通過激光器電學接口(10)與所述的可調激光器(2)相連、通過第一強度調制器電學接口(11)與第一強度調制器(4)相連、通過第二強度調制器電學接口(12)與所述的第二強度調制器(6)相連、通過可調帶通濾波器電學接口(13)與所述的可調帶通濾波器(8)相連。

2.根據權利要求1所述的集成脈沖源裝置，其特征在于所述的硅基基片(1)包括三層，由下而上依次是硅層、二氧化硅層和單晶硅層，基底是一定厚度的硅層起支撐作用，中間是二氧化硅層，厚度為幾個微米，最上層是單晶硅層，厚度為200-250nm。

3.根據權利要求1所述的集成脈沖源裝置，其特征在于所述的可調激光器(2)是基于III-V族半導體的集成激光器，激光器的輸出波長的調節范圍在1520-1600nm。

4.根據權利要求1所述的集成脈沖源裝置，其特征在于所述的可調激光器(2)、第一連接波導(3)、第一調制器(4)、第二連接波導(5)、第二調制器(6)、第三連接波導(7)、可調帶通濾波器(8)和輸出波導(9)均工作在單模模式，都工作在單模橫電(TE)模式，或都工作在單模橫磁(TM)模式，器件的工作波長相互匹配。

5.根據權利要求1所述的集成脈沖源裝置，其特征在于所述的第一強度調制器(4)和第二強度調制器(6)為硅基馬赫曾德爾調制器，工作在推挽模式，使得單端輸入的高頻調制信號在兩臂上能夠產生互補的驅動信號。

6.根據權利要求1所述的集成脈沖源裝置，其特征在于所述的可調帶通濾波器(8)可以是基于硅的任何結構，包括在兩條平行直波導中間沿波導方向分散排列若干獨立微環諧振器結構，或是兩條直波導中間級聯若干微環諧振器結構，或者其他結構，對帶通濾波器中心波長和帶寬的調節基于載流子色散效應或者熱光效應。

7.根據權利要求1至6任一項所述的集成脈沖源裝置，其特征在于所述的輸出波導(9)根據后端應用需求，是直波導，寬度逐漸減小的拉錐波導，或其他結構。

8.權利要求1所述的集成脈沖源的操作方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

1)所述的控制模塊(14)根據應用所需的脈沖源中心波長，通過可調激光器(2)的電學接口(10)，控制激光器(2)的輸出功率和中心波長；

2)所述的控制模塊(14)根據應用所需的脈沖源的重復頻率，通過第一強度調制器(4)的電學接口(11)和第二強度調制器(6)的電學接口(12)，輸入高頻信號和直流偏置電壓，確保輸入第一強度調制器(4)和第二強度調制器(6)的高頻信號不超過調制器的工作帶寬，兩路高頻信號之間具有三倍頻的關系，且兩者相位鎖定，輸入第一強度調制器(4)和第二強度調制器(6)的直流偏置電壓使調制器工作在線性調制區域；

3)調節所述的第一強度調制器(4)和第二強度調制器(6)的高頻信號的幅度，使得光信號經過兩個調制器后，在中心波長的兩側共產生9條平坦的光頻梳，由于調制器的非線性調制，除了中心9條光頻梳外，光譜兩側還會產生功率較低的高階邊帶；

4)調節所述的第一強度調制器(4)和第二強度調制器(6)的高頻信號的相位關系，使經過第一強度調制器(4)和第二強度調制器(6)后的光信號在時域上表現為窄脈沖，脈沖寬度接近對應光譜所能達到的最窄脈寬；

5)所述的控制模塊(14)控制所述的可調帶通濾波器(8)的中心波長和帶寬，使得濾波器的中心波長與激光器(2)輸出的波長相同，所述的可調帶通濾波器的帶寬恰好能濾除第二強度調制器(6)輸出光譜的高階邊帶，使光譜的形狀盡量接近矩形，此時時域上對應的脈沖波形具有奈奎斯特脈沖的波形；

6)所述的控制模塊(14)通過改變輸入第一強度調制器(4)和第二強度調制器(6)的高頻信號的頻率，并確保兩者之間的三倍頻關系和相位鎖定，以相應改變時域脈沖序列的重復頻率，脈沖序列重復頻率的調節范圍是調制器允許輸入的調制信號的最低頻率至最高頻率的三分之一。