基于光谱整形的多倍频程带宽MPL线性化采集接收芯片

基于光谱整形的多倍频程带宽mpl线性化采集接收芯片
技术领域
1.本发明属于微波光子技术领域，涉及光子集成、光载射频传输等领域，尤其涉及一种基于光谱整形的多倍频程带宽微波光子链路mpl线性化采集接收芯片。


背景技术：

2.随着信息技术的快速演进，具备“异构”特征的多频段、多制式、多业务、多功能、多平台、多场景融合系统、网络已成为未来军民通信、雷达、电子战等领域基础设施建设的必然发展趋势，涉及的国家重大战略与科技工程包括空天地一体化信息网络、5g/b5g/6g(超密集异构网络)、侦测/干扰/探测/通信一体化电子系统等。一体化系统、异构网络的构建需要兼容多种不同频段、功率、体制和调制格式的多源异类信号，同时要求针对不同应用场景，快速实现不同功能信号的灵活实时切换。因此，满足大带宽、大动态范围和动态可重构需求的信号处理与传输技术是一体化系统、异构网络进一步发展的关键挑战。然而，受限于带宽窄、电磁兼容差、传输损耗大和处理速度低等“电子瓶颈”问题，传统电子技术难以实现宽带多频段信号的并行灵活处理与传输。微波光子技术的快速兴起、成熟为上述问题提供了一条全新且有效的解决思路与途径。以微波光子链路(mpl)的微波与光波相互转换以及光载微波信号传输功能为支撑，微波光子系统利用光子学器件或技术实现高频、宽带微波信号的传输、处理与感知等，具有宽频谱覆盖范围、大瞬时带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等特性。
3.然而，一体化系统、异构网络将具有极其严苛的(无杂散)动态范围指标要求以兼容多种不同频段、功率和类型的信号。受限于本征模拟传输方式，mpl固有非线性所导致的动态范围受限问题将成为微波光子技术在上述系统、网络应用中面临的关键性挑战之一。目前，既有mpl线性化方法主要依赖于商用高性能分立元器件实施mpl线性化，面临体积、功耗、稳定性、成本等实际应用挑战。而随着微波光子集成技术的快速发展与成熟，基于集成光谱整形的mpl链路开始受到关注，如荷兰特温特大学的研究人员已开始着手研究基于集成光谱整形器件的大动态mpl，基于相位调制，链路三阶交调失真可被抑制超过22db，sfdr达到107db
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(g.j.liu,o.daulay,y.klaver,r.botter,q.g.tan,h.x.yu,m.hoekman,e.j.klein,and d.marpaung“integrated microwave photonic spectral shaping for linearization and spurious-free dynamic range enhancement,”journal of lightwave technology,39(24):7551-7562,2021.)。然而该方法仍然受限于特定的调制格式，且仅能解决三阶非线性失真问题，从而不适用于宽带(多倍频程)系统应用。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种基于光谱整形的多倍频程带宽微波光子链路mpl线性化采集接收芯片。
5.本发明的一种基于光谱整形的多倍频程带宽mpl线性化采集接收芯片，由1
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器、两路并行可重构微环谐振器和第一可调相移器组成。
6.微波信号经电光调制器调制接入1
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器，分两路输出分别承接一个微环谐振器：一路微环谐振器的窄带带阻传输谱用于滤除微波调制光信号的光载波，从而该路保证经光电转换后只产生二阶非线性失真信号；另一路微环谐振器的带阻传输谱以及频率选择性相移特性进行光载波附近光谱的窄带幅、相调控，以保证该路光电转换之后在抑制三阶非线性失真的同时，保留二阶非线性失真与基频信号；两路光信号的其中一路经第一可调相移器进行时延差补偿之后，接入平衡探测器，实现二阶和三阶非线性失真的同时抑制，获得多倍频程带宽的高线性度微波光子链路。
7.进一步的，1
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器由两侧多模干涉耦合器以及两路直臂波导组成，其中一臂配有基于热光效应的第二可调相移器；通过调节第二可调相移器动态调整右侧多模干涉耦合器两路输出光波的幅度比，实现输出两路光信号的幅度匹配。
8.进一步的，微环谐振器由2
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器、光反馈环路和环内可调相移器组成；2
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器动态调控环形波导与总线波导之间的耦合系数，环内可调相移器动态调整环形波导相移量，最终实现微环谐振器幅、相位传输谱的动态可重构。
9.本发明的有益技术效果为：
10.1、发明提出了新的基于光谱整形的微波光子链路线性化采集接收方法，可实现链路二阶和三阶非线性失真的同时抑制，获得多倍频程工作带宽的高线性度微波光子链路。
11.2、发明提出了新的光谱整形采集接收芯片架构，提供多倍频程带宽微波光子链路线性化所需的可重构光域不同路径精准幅、相匹配与调控功能。
附图说明
12.图1为本发明基于光谱整形的多倍频程带宽mpl线性化采集接收芯片结构示意图。
13.图2为1
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器的结构图。
14.图3为微环谐振器的结构图。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
16.本发明的一种基于光谱整形的多倍频程带宽mpl线性化采集接收芯片如图1所示，由1
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器201、两路并行可重构微环谐振器202和第一可调相移器203组成。该芯片利用片上可重构不同路径幅、相匹配与调控器件对经微波调制的光谱进行整形，同时抑制链路二阶和三阶非线性失真，并实现多倍频程工作带宽。
17.微波信号经电光调制器10调制接入1
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器201，分两路输出并分别承接一个微环谐振器202：一路微环谐振器202的窄带带阻传输谱用于滤除微波调制光信号的光载波，从而该路保证经光电转换后只产生二阶非线性失真信号；另一路微环谐振器202的带阻传输谱以及频率选择性相移特性进行光载波附近光谱的窄带幅、相调控，以保证该路光电转换之后在抑制三阶非线性失真的同时，保留二阶非线性失真与基频信号；两路光信号的其中一路经第一可调相移器203进行时延差补偿之后，接入平衡探测器30，利用平衡探测原理，实现两路信号二阶非线性失真的相互抵消，实现二阶和三阶
非线性失真的同时抑制，获得多倍频程带宽的高线性度微波光子链路。
18.进一步的，如图2所示，1
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器201由两侧多模干涉耦合器2011、2013以及两路直臂波导组成，其中一臂配有基于热光效应的第二可调相移器2012；通过调节第二可调相移器2012动态调整右侧多模干涉耦合器2013两路输出光波的幅度比，实现输出两路光信号的幅度匹配。
19.进一步的，如图3所示，微环谐振器202由2
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器2021、光反馈环路和环内可调相移器2022组成；2
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器2021动态调控环形波导与总线波导之间的耦合系数，环内可调相移器2022动态调整环形波导相移量，最终实现微环谐振器幅、相位传输谱的动态可重构，支撑关键窄带幅、相调控功能。
20.本发明具有如下特征：1)基于1
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2马赫曾德尔干涉仪型可调光衰减器、微环谐振器和可调相移器等单元器件的串、并组合，实施宽带、可重构光域不同路径幅、相匹配与调控不；2)基于光谱整形实施微波光子链路二阶和三阶非线性失真的同时抑制，获得多倍频程工作带宽的高线性度微波光子链路。