[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

一種集成脈沖源裝置及操作方法，裝置包括硅基基片，在該硅基基片上制備可調激光器、第一連接波導、第一強度調制器、第二連接波導、第二強度調制器、第三連接波導、可調帶通濾波器、輸出波導、激光器電學接口、第一強度調制器電學接口、第二強度調制器電學接口、濾波器電學接口和控制模塊構成。該裝置能產生頻譜近似于矩形的奈奎斯特脈沖，重復頻率在1GHz?10GHz之間，具有中心波長可調、支持多波長工作、時間抖動低的特點。

技術領域

本發明涉及脈沖源，特別是一種集成脈沖源裝置及操作方法。

背景技術

光模數轉換(ADC)技術因為它允許高速和高精度的微波信號采樣和量化，超過了當前電ADC的能力而受到廣泛關注。一種典型的光ADC方案是使用光脈沖序列對電信號進行采樣，經過后端降頻后，多路攜帶有電信號信息的低速脈沖序列通過電ADC進行量化，最后通過數據融合的方式還原出被采樣的高速電信號。該方案利用了光脈沖序列的高速特性和電ADC的高精度特性，能夠同時實現高采樣速率和高量化精度。為了光ADC 系統的長期穩定性和實用性，集成化是一個重要的解決方案。然而，盡管集成光ADC的大多數關鍵組件包括調制器、波分復用器和光電探測器等已經在芯片上實現，但集成脈沖源的實現仍然有待進一步研究。針對上述光采樣、電量化的光ADC方案，脈沖光源需要具有合適的重復頻率，一般在1GHz-10GHz之間，這樣既兼顧了可實現的最高采樣速率，又兼顧了高精度電ADC的處理帶寬。脈沖光源還需要具有寬光譜或多波長工作的性能以允許進行波分復用的信道化處理。脈沖光源還需要具有至少100飛秒以下的時間抖動，以保證光ADC的量化精度。

已報道的集成脈沖源的方案主要有以下幾種：

方法1：基于III-V半導體的集成鎖模激光器。通過利用半導體增益介質，結合鎖模機制，實現集成的片上脈沖源。該技術能夠產生很高重復頻率的脈沖，但是受限于增益介質的上能級粒子壽命，其時間抖動通常在皮秒量級，無法滿足光ADC系統的要求。

方法2：基于摻鉺波導的集成鎖模激光器。利用稀土材料的增益特性(如在1550nm波段通常為摻鉺波導)，結合鎖模機制，實現集成的片上脈沖源。該技術受限于增益波導的長度和集成飽和吸收體的長度，其重復頻率通常小于1GHz，同樣無法滿足光ADC系統的要求。

方法3：基于高Q諧振器的集成光頻梳。利用高Q值的微環諧振器，結合四波混頻等非線性過程，實現集成的光頻梳與脈沖源。該技術可以產生寬譜光頻梳和脈沖，但重復頻率一般較高，已報到的最低的重復頻率也超過20GHz，也不適合作為光ADC的光源。

總之，以上的幾種方法或者噪聲過大或者重復頻率過高或過低，都不太適合作為上述光采樣、電量化光ADC系統的光源。因此，需要一種高性能的集成脈沖光源方案，能夠兼顧重復頻率區間、多波長運行和低時間抖動。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種集成脈沖源裝置及操作方法，該裝置能產生頻譜近似于矩形的奈奎斯特脈沖，重復頻率在1GHz-10GHz 之間，具有中心波長可調、支持多波長工作、時間抖動低的特點。

為了解決上述問題，本發明的技術解決方案如下：

一種集成脈沖源裝置，其特點在于包括硅基基片和控制模塊，在所述的硅基基片上制備可調激光器、第一連接波導、第一強度調制器、第二連接波導、第二強度調制器、第三連接波導、可調帶通濾波器、輸出波導、激光器電學接口、第一強度調制器電學接口、第二強度調制器電學接口和濾波器電學接口，沿可調激光器的激光輸出方向依次是所述的第一連接波導、第一強度調制器、第二連接波導、第二強度調制器、第三連接波導、可調帶通濾波器和輸出波導，所述的控制模塊分別通過激光器電學接口與所述的可調激光器相連、通過第一強度調制器電學接口與第一強度調制器相連、通過第二強度調制器電學接口與所述的第二強度調制器相連、通過可調帶通濾波器電學接口與所述的可調帶通濾波器相連。