一种基于锗调制器的光电振荡器的制造方法
【专利摘要】一种基于锗调制器的光电振荡器，涉及射频器件领域，包括输入模斑变换器、锗调制器和输出模斑变换器，三者集成在同一芯片，且芯片制作于SOI晶圆上，光电振荡器还包括光源，光源通过输入模斑变换器耦合进入锗调制器，输出模斑变换器连接一光环形器的B端，光环形器的C端依次连接光纤延时线、掺铒光纤放大器、光耦合器的A端，光耦合器的B端连接光环形器的A端；所述锗调制器连接一个电带通滤波器，电带通滤波器连接一个电环形器的B端，所述电环形器的C端依次连接电放大器、电耦合器的A端，电耦合器的B连接电环形器的A端。本发明有源器件高度集成，占用体积小、功耗低，降低光电振荡器的成本。
【专利说明】一种基于锗调制器的光电振荡器
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频器件领域，具体来讲涉及一种基于锗调制器的光电振荡器。
【背景技术】
[0002]目前常用的电子微波振荡源频谱纯度不高，而高纯度的射频信号源在雷达、通信等领域有着重要的应用价值，而光电振荡器可以产生高频谱纯度的振荡信号。光电振荡器主要由光源、光调制器、光探测器、光延时线、光耦合器和射频带通滤波器、电放大器、电耦合器等组成。光源将信号发送到光调制器，调制的光信号经过光延时线传输后被光探测器探测，探测器得到的电进行经过射频带通滤波器滤波后再加载到光调制器上，周而复始，产生与射频带通滤波器通带相同的高纯度射频信号。
[0003]但是由于光调制器和光探测器为有源器件，器件的费用较高；并且光调制器和光探测器为分立的器件，占用体积较大，功耗也比较高，因此整个光电振荡器的成本较高。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于锗调制器的光电振荡器，有源器件高度集成，占用体积小、功耗低，降低光电振荡器的成本。
[0005]为达到以上目的，本发明采取一种基于锗调制器的光电振荡器，包括输入模斑变换器、锗调制器和输出模斑变换器，三者集成在同一芯片，且芯片制作于SOI晶圆上，光电振荡器还包括光源，光源通过输入模斑变换器耦合进入锗调制器，输出模斑变换器连接一光环形器的B端，光环形器的C端依次连接光纤延时线、掺铒光纤放大器、光耦合器的A端，光耦合器的B端连接光环形器的A端；所述锗调制器连接一个电带通滤波器，电带通滤波器连接一个电环形器的B端，所述电环形器的C端依次连接电放大器、电耦合器的A端，电耦合器的B连接电环形器的A端。
[0006]在上述技术方案的基础上，所述电带通滤波器中心频率小于锗调制器的3dB带宽。
[0007]在上述技术方案的基础上，所述光耦合器的C端作为射频光信号输出端口，射频光信号输出端口的信号振荡频率与电带通滤波器中心频率相同。
[0008]在上述技术方案的基础上，所述电耦合器的C端作为射频电信号的输出端口，射频电信号的输出端口的信号振荡频率与电带通滤波器中心频率相同。
[0009]在上述技术方案的基础上，所述光親合器的B端分光比大于光親合器的C端分光比，电耦合器的B端分功率比大于电耦合器的C端分功率比。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述光親合器C端的分光比为5%，光親合器B端的分光比为95%。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述电耦合器B端分功率比为90%，C端分功率比为10%。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述光环形器、光纤延时线、掺铒光纤放大器、光耦合器形成光回路，所述电环形器、电放大器、电耦合器形成电回路。
[0013]本发明的有益效果在于:所述锗调制器作为调制器，又作为探测器，利用电环形器实现射频信号的循环振荡，利用光环形器实现光信号的循环振荡，实现硅基光集成，减少了有源器件的数量，占用体积小，提高系统稳定性，降低系统成本和功耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例基于锗调制器的光电振荡器的框图；
[0015]图2为本发明实施例射频光信号输出端的光谱图；
[0016]图3为本发明实施例射频电信号输出端的频谱图。
[0017]附图标记:
[0018]1-光源，2-输入模斑变换器，3-锗调制器，4-输出模斑变换器，5-SOI晶圆，6_光环行器，7-光纤延时线，8-掺铒光纤放大器，9-光耦合器，10-电带通滤波器，11-电环形器，12-电放大器，13-电親合器。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0020]如图1所示，本发明基于锗调制器的光电振荡器，包括入模斑变换器2、锗调制器3和输出模斑变换器4，三者共同集成在同一芯片，且芯片制作于SOI (Silicon-On-1nsulator，绝缘衬底上的娃)晶圆上；本实施例中，锗调制器的3dB带宽为15GHz。所述光电振荡器还包括光源1，光源I波长为1550nm，通过输入模斑变换器2耦合进入锗调制器3。
[0021]输出模斑变换器4连接光环行器6的B端，光环形器6的C端连接光纤延时线7，本实施例中光纤延时线7长度为2公里。光延时线7连接掺铒光纤放大器(Erbium-dopedOptical Fiber Amplifier, EDFA) 8的入射端，掺铒光纤放大器8的出射端连接光親合器9的A端，光親合器9的B端连接光环行器6的A端，光环形器6、光纤延时线7、掺铒光纤放大器8、光親合器9共同形成光回路。光親合器9的C端作为射频光信号输出端口，光I禹合器9的C端的分光比为5 %，光親合器9的B端分光比大其C端分光比，光親合器9的B端的分光比为95%。
[0022]锗调制器3连接一个电带通滤波器10，电带通滤波器中心频率小于锗调制器的3dB带宽，电带通滤波器10的中心频率为15GHz，带宽为1MHz。电带通滤波器10的另一端连接一个电环形器11的B端，电环形器11的C端连接电放大器12的入射端，电放大器12的工作带宽大于15GHz，电放大器12的出射端连接电耦合器13的A端，电耦合器13的B端连接电环形器11的A端，电环形器11、电放大器12、电耦合器13共同形成电回路。电耦合器13的C端作为射频电信号的输出端口，其C端分功率比为10%，电耦合器13的B端分功率比大于其C端分功率比，电耦合器13的B端分功率比为90%。如图2所示，其中λ0为光源输入波长，f为电带通滤波器10的中心波长，射频光信号输出端口输出的光信号在时域上为15GHZ的正弦波，在光谱上为中心波长为1550nm，在中心波长间隔±15GHz整数倍的位置出现边带。如图3所示，表示射频电信号的输出端口的信号振荡频率、射频光信号输出端口的信号振荡频率均与电带通滤波器10的中心频率f相同。
[0023]本发明基于锗调制器的光电振荡器，实现光电振荡的原理如下:
[0024]光源I通过输入模斑变换器2耦合进入锗调制器3，电放大器12产生宽谱的电信号进入电耦合器13的A端口，大部分功率从电耦合器13的B端口进入电环行器的A端口，从电环形器的B端出射的电信号经过中心频率为15GHz的电带通滤波器10滤波，将15GHz的射频电信号加载在锗调制器3上。将耦合进入锗调制器3的光信号调制成15GHz射频光信号进入光环行器6的B端，射频光信号从光环行器6的C端出射，经过光纤延时线7和掺铒光纤放大器8放大，进入光親合器9的A端，大部分光功率经光親合器9的B端和光环行器6的A端进入锗调制器3被探测。锗调制器3将放大后的射频光信号转换为射频电信号，经电带通滤波器10再次滤波，通过电环行器11的B端口、从电环行器11的C端进入电放大器12放大，最后进入电环行器11的A端口，加载到锗调制器3上，实现15GHz电信号的循环与放大。
[0025]电親合器13的C端将电环路中振荡放大的15GHz电信号输出，光親合器9的C端将光环路中振荡放大的15GHz光信号输出。电親合器13的C端分功率比小于其B端的目的是降低电信号的环路损耗，光耦合器9的C端分功率比小于其B端的目的是降低光信号的环路损耗，从而保证光、电信号在环路中的振荡放大。
[0026]本发明不局限于上述实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种基于锗调制器的光电振荡器，其特征在于，包括输入模斑变换器、锗调制器和输出模斑变换器，三者集成在同一芯片，且芯片制作于SOI晶圆上，光电振荡器还包括光源，光源通过输入模斑变换器耦合进入锗调制器，输出模斑变换器连接一光环形器的B端，光环形器的C端依次连接光纤延时线、掺铒光纤放大器、光耦合器的A端，光耦合器的B端连接光环形器的A端；所述锗调制器连接一个电带通滤波器，电带通滤波器连接一个电环形器的B端，所述电环形器的C端依次连接电放大器、电耦合器的A端，电耦合器的B连接电环形器的A端。
2.如权利要求1所述基于锗调制器的光电振荡器，其特征在于:所述电带通滤波器中心频率小于锗调制器的3dB带宽。
3.如权利要求2所述基于锗调制器的光电振荡器，其特征在于:所述光耦合器的C端作为射频光信号输出端口，射频光信号输出端口的信号振荡频率与电带通滤波器中心频率相同。
4.如权利要求2所述基于锗调制器的光电振荡器，其特征在于:所述电耦合器的C端作为射频电信号的输出端口，射频电信号的输出端口的信号振荡频率与电带通滤波器中心频率相同。
5.如权利要求1所述基于锗调制器的光电振荡器，其特征在于:所述光耦合器的B端分光比大于光親合器的C端分光比，电親合器的B端分功率比大于电親合器的C端分功率比。
6.如权利要求5所述基于锗调制器的光电振荡器，其特征在于:所述光耦合器的C端分光比为5 %，光親合器的B端分光比为95 %。
7.如权利要求5所述基于锗调制器的光电振荡器，其特征在于:所述电耦合器的B端分功率比为90%，电耦合器的C端分功率比为10%。
8.如权利要求1所述基于锗调制器的光电振荡器，其特征在于:所述光环形器、光纤延时线、掺铒光纤放大器、光耦合器形成光回路，所述电环形器、电放大器、电耦合器形成电回路。
【文档编号】H01S1/02GK104466621SQ201410834717
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】张旭, 王磊, 肖希, 李淼峰, 邱英 申请人:武汉邮电科学研究院