本发明属于集成微波光子技术领域，具体涉及一种集成光电振荡器，尤其涉及一种为微波系统提供高频率，低相位噪声，高频谱纯度的集成化低成本的高频微波信号源。
技术背景
随着信息时代的来临，无论在民用领域还是军事领域，人类社会对信息的需求呈现出爆炸式增长状态，对信息的依赖与日俱增。微波系统，正是这个信息社会不可或缺的重要硬件基础。无论在通信，传感，医疗等民用领域，还是在卫星通信，雷达，电子对抗等军事领域，微波技术均发挥着重要支撑性作用。从信号产生的角度来考虑，微波信号源是一切微波技术应用的基础和前提条件。尤其是在当今通信系统与雷达系统面临巨大挑战之时，高频率，高频谱纯度，低相位噪声的微波信号源显得尤为重要。目前，高性能的微波信号源主要基于电介质振荡器或晶体振荡器作为储能单元产生微波信号。然而，当这些器件在吉赫兹以上频率工作时，输出的微波信号质量将会因储能器件的Q值下降而剧烈降低，难以产生高频率，低相位噪声的微波信号。
结合了光子学优势的光电振荡器可有效解决上述矛盾，被认为是一种非常有前景的高频微波信号源。其具有以下几项突出优点：(1)结合光子学大带宽低损耗的优势，其可产生高频率(几十吉赫兹)的微波信号，并且具有较高的频谱纯度和超低的相位噪声；(2)结构灵活，可重构。通过结构的改变，可实现频率调谐，梳状频率产生等。且其光电振荡的特质可方便的融合入现有光纤通信系统，以及光传感网络当中。目前，诸如多回路光电振荡器，耦合式光电振荡器，瑞利散射辅助的光电振荡器，注入式光电振荡器以及可调谐光电振荡器均已被报道。然而，这些光电振荡器均需使用长距离光纤(数公里)作为储能元件实现低相位噪声，因而增加了系统的不稳定性。另一方面，分立器件往往带来大体积，大重量，高成本的问题，难以实现商用化。
近几年，随着集成光子学的发展，诸如光电振荡器所需的激光器，调制器，探测器，储能单元等均可以实现片上集成。因而使继承光电振荡器成为可能。目前集成光子学所涉及的材料主要有硅，氮化硅，二氧化硅，氮化铝，磷化铟等材料，其中氮化硅，二氧化硅，氮化铝，由于其材料特性难以实现有源集成。硅上虽可实现调制器与探测器，但目前还没有可用的集成光源被研发出来。因而，磷化铟是目前最好的选择，其可将所有光电振荡器所需的光电子器件实现单片集成。从而可以发挥其集成的优势而大大降低光电振荡器的尺寸，重量以及成本。而另一方面，微波器件的电子集成早已在硅基成熟。因而发挥两者的优势，通过封装将两者融合，是实现小型化光电振荡器的重要路径。
本发明提出的这种集成光电振荡器，充分发挥了铟磷光电子集成的优势，通过螺旋形的光波导代替长光纤实现储能，从而大大减小了输出信号的不稳定性。同时，通过将电子芯片与光电子芯片封装于同一导热基板上，大大减小了器件尺寸，并可发挥集成的优势，降低光电振荡器的成本，非常具有商业价值。
技术实现要素：
本发明提出一种集成光电振荡器，用于为微波系统提供高频率，高频普纯度，低相位噪声，小尺寸，低成本的稳定微波信号源。该集成光电振荡器，通过将光电子器件集成于磷化铟基光电子芯片上，将电子器件集成于硅基或者印制电路板上，最后通过金丝键合的方式将两者结合起来形成回路，并固定于同一导热基地上，从而实现了光电振荡器的集成化，小型化，降低了微波信号源的成本。
本发明提供一种集成光电振荡器，包括：
一光电子芯片包括：
一电光转换器；
一光延时单元，其输入端与电光转换器的输出端连接；
一光耦合器，其输入端口1与光延时单元的输出端连接，该光耦合器的端口3为光输出端；
一光电探测器，其输入端与光耦合器的输出端口2连接；
一电子芯片包括：
一第一偏置器；
一微波放大器，其输入端与第一偏置器的输出端连接；
一可调谐电延迟线，其输入端与微波放大器的输出端连接；
一微波滤波器，其输入端与可调谐电延迟线的输出端连接；
一第一电功分器，其输入端口1与微波滤波器的输出端连接，该电功分器的端口3为微波输出端；
一微波移相器，其输入端与第一电功分器的输出端口2连接；
一第二偏置器，其输入端与微波移相器的输出端连接；
其中光电子芯片中的电光转换器的输入端与电子芯片中的第二偏置器的输出端连接；该光电子芯片中的光电探测器的输出端与电子芯片中的第一偏置器的输入端连接；
该光电子芯片和电子芯片制作在一导热基底上。
本发明提出的集成光电振荡器具有以下有益效果：
1.通过将所有光电器件与微波器件以集成的方式集成于芯片上，从而大大缩小了光电振荡器系统的体积、重量和成本。
2.较短的环路长度使得光电振荡器谐振的自由频谱宽度非常大，从而减小了对微波滤波器带宽的要求，便于实现单模起振，提高频普纯度。
3.以螺旋型光波导代替长光线实现环路储能，结合集成化优势，大大提高了系统链路的稳定性。
附图说明
为便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的详细说明如后，其中：
图1为本发明集成光电振荡器的结构示意图；
图2为本发明采用单频激光器1a与电光调制器1b构成电光转换器的结构示意图；
图3为本发明的螺旋波导示意图；
图4双环路光延时单元示意图；
图5为双路可调谐微波强度衰减器示意图；
图6为谐振微环延时结构示意图；
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种集成光电振荡器，包括：
一光电子芯片A包括：
一电光转换器1，所述电光转换器1为直调激光器或为单频激光器加电光调制器；
一光延时单元3，其输入端与电光转换器1的输出端连接，所述光延时单元3为单路螺旋状的铟磷基光波导或双路螺旋状的铟磷基光波导；
一光耦合器4，其输入端口1与光延时单元3的输出端连接，该光耦合器4的端口3为光输出端；
一光电探测器5，其输入端与光耦合器4的输出端口2连接，所述光电探测器5为铟磷基的高速率，高响应度光电探测器；
一电子芯片B包括：
一第一偏置器6；
一微波放大器7，其输入端与第一偏置器6的输出端连接；
一可调谐电延迟线8，其输入端与微波放大器7的输出端连接，所述可调谐电延迟线8为片上集成的单路可调谐微波强度衰减器或双路可调谐微波强度衰减器，其主要作用是调谐谐振环路当中的损耗，降低后续器件非线性效应，从而实现最优的微波输出；
一微波滤波器9，其输入端与可调谐电延迟线8的输出端连接，所述微波滤波器9为平顶滤波器，用于滤出单一谐振的微波频率；
一第一电功分器10，其输入端口1与微波滤波器9的输出端连接，该电功分器10的端口3为微波输出端；
一微波移相器11，其输入端与第一电功分器10的输出端口2连接；
一第二偏置器12，其输入端与微波移相器11的输出端连接；
其中光电子芯片A中的电光转换器1的输入端与电子芯片B中的第二偏置器12的输出端连接；该光电子芯片A中的光电探测器5的输出端与电子芯片B中的第一偏置器6的输入端连接；
该光电子芯片A和电子芯片B制作在一导热基底13上。
如图3所示，光延时单元3由螺旋形的光波导构成，其可以是级联形式的，以实现最大限度的链路储能。
该集成光电振荡器的工作过程为，微波信号经电光转换器1被调制到光载波上，调制的光信号经光延时单元3传输后经光耦合器4送入光电探测器5进行光电转换。光电探测器5得到的微波信号经微波放大器7放大和微波滤波器9滤波后送入电光转换器1的微波调制端口，形成闭合环路。当环路的总增益大于环路中的损耗时，可自激振荡产生高质量的微波信号。
优选地，电光转换器可以是单频激光器1a与电光调制器1b，代替直调激光器，以提高系统的性能，如附图2所示。
优选地，如附图4所示，可以使用双环路光延时单元构成双环路光电振荡器稳定频率，降低相位噪声。从电光转换器1输出的光信号分为两路后一路进入光延时单元3a进行延时，另一路进光延时单元3b进行延时，最后经过合路，一部分信号光输出，另一部分进入光电探测器5拍频。双环路光电振荡器可以更好的抑制跳模，实现相位噪声的降低。
优选地，如附图5所示，可以在采用双路可调谐微波强度衰减器构成可调谐延迟线8，即信号通过电放大器7之后将经电功分器81分成两路，分别经过电衰减器82、86和电延时器83、85后，再由电功分器84合为一路输入微波滤波器9。器件之间通过微波共面波导连接。采用这种方法，可以精细调节光电链路长度和每一个回路的增益大小，从而实现更加复杂的微波振荡器。
优选的，光延时单元3可以被替换为如附图6所示的谐振微环延时结构进行能量储存。进一步的，为了提高储能能力，该延时单元可以在其他材料基底(如二氧化硅，氮化硅等)上完成，再通过光耦合的方式与前端电光转换器1，后端光耦合器4连接，并最终实现谐振回路。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其结构进行简单地熟知地添加或替换，如：光延时单元3可以是多种形状，并且可以被替换为谐振型延时单元。激光器可由片上改为片外激光器。可添加反馈电路通过与集成光电振荡器的输出鉴相反馈控制移相器11，使光电振荡器的输出更稳定。并且，所附的附图是简化过且作为例示用。附图中所示的器件件数量、形状及尺寸可依据实际情况而进行修改，且器件的配置可能更为复杂。
以上所述的具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非一次限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明的形状、结构所做的等效变化均在本发明的保护范围内。