引用本文:
李淑静,李杏,陈建平,等. 基于掺杂氧化硅波导的受激布里渊散射瞬时频率测量[J]. 光通信技术,2020,44(8):27-30.
李淑静,李 杏,陈建平,邹卫文*
(上海交通大学 电子信息与电气工程学院,上海 200240)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对布里渊模拟信号处理系统小型化的需求,提出一种基于掺杂氧化硅波导的受激布里渊散射瞬时频率测量(SBS-IFM)方案。这种方案在链路中添加锁相放大器与滤波器,有效滤除了反射光,放大并观测到了掺杂氧化硅波导中的布里渊增益信号。通过相对移动泵浦光和探测光的调制频率,实现了基于掺杂氧化硅波导的SBS-IFM,其IFM范围约15 GHz,精度达60 MHz。
关键词:微波光子;瞬时频率测量;布里渊增益;氧化硅波导;模拟信号处理
中图分类号:TM935.1 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)08-0027-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.08.007
0 引言
瞬时频率测量(IFM)是一种快速获取未知微波信号时变频谱信息的信号处理技术。基于微波光子技术的IFM具有宽带宽、低损耗、大可调性和抗电磁干扰的优势,有望成为取代电子微波频率测量的一种更优选择[1]。根据待测微波频率所携带的信息,基于微波光子技术的IFM可分为单一微波频率的测量技术和多个微波频率的测量技术。这些技术主要通过色散、微波光子滤波[2]等光学原理,将待测信号的频率信息映射为功率信息[3]、空间信息或时间信息[4]来实现。
受激布里渊散射(SBS)的窄带宽的频率选择特性使其能够应用于高质量的微波光子滤波技术和微波频谱分析等领域[5-7],基于SBS的频率检测技术[8-9]可实现高达50 GHz的带宽和20 MHz的分辨率。随着制造工艺和材料技术的进步,人们开始研究芯片、波导等小型传输介质的SBS特性,并将其应用于片上微波光子模拟信号处理系统。基于SBS的模拟信号处理系统在小型化的过程中首要面临的是介质小型化的问题。传统的石英光纤几百到几千米的长度无法满足集成化的要求,为了实现SBS模拟信号处理系统的小型化,需要用光波导来替代传统的石英光纤。目前,研究者已在多种材料制成的波导和芯片中观测到SBS现象,并实现了基于片上SBS的延时、滤波等技术[10-13]。
作为重要的光子材料,掺杂二氧化硅具有独特的优势。高折射率掺杂二氧化硅具有和互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的特性以及高非线性和低损耗的性能,这是非线性光学系统中很有优势的材料。与有机聚合物材料相比,掺杂二氧化硅波导具有器件尺寸小和集成度高的优势;与绝缘体上硅(SOI)相比,它还具有制备简单、与光纤的耦合度高和工艺成本低等优点。因此,它是片上SBS应用的绝佳选择之一。
由于二氧化硅介质的布里渊增益系数较小,中等功率水平下在具有单通道几何结构的芯片级平台上激发和观测到二氧化硅中的SBS现象极具挑战性[14]。本课题组前期通过改进传统的布里渊增益谱测量方案,成功观测到了掺杂二氧化硅波导中的SBS现象[8]。但是,想要将其应用到IFM系统中,还要面临以下问题:①波导两端通过与单模光纤(SMF)耦合连接到系统中,由于波导和SMF的模场失配,在耦合端面存在严重的损耗和泵浦反射;②波导的光程只有米量级,和传统的石英光纤相比,信号在介质中的反应时间非常短,待测信号可获得的布里渊增益受到严重限制。为了解决这些问题,本文基于泵浦和探测信号的逻辑关系,改进课题组早期提出的SBS-IFM方案,实现基于掺杂氧化硅波导的SBS-IFM。
3 结束语
本文提出了一种基于掺杂氧化硅波导的SBS-IFM方案。通过对LIA和可调光滤波器的使用,激发并观测到掺杂氧化硅波导中的SBS现象。针对掺杂氧化硅波导损耗高、光程短和端面反射严重的特点,改进了课题组前期的SBS-IFM方案,提出一种泵浦-探测相对移动的逻辑关系,并在实验中观测到探测光上不同频率分量被泵浦光放大获得的布里渊增益,验证了在掺杂氧化硅波导上进行SBS-IFM的可行性,可在约15 GHz的带宽范围内达到60 MHz的测量精度。本研究为SBS模拟信号处理系统的小型化提供了技术支撑。