本发明专利技术公开了一种基于硅基纳米线波导的片上集成光学数模转换器，包括N个激光器、一个调制复用一体结构，以及一个光电探测器，其中，该调制复用一体结构包含一条干线波导L0、N个级联的硅基纳米线波导微环谐振器(MRR1、MRR2、......MRRN)和N条弯曲波导(L1、L2、......LN)，N个激光器分别与N个弯曲波导(L1、L2、......LN)的上载端相连接，光电探测器与干线波导L0的直通端相连接，N为自然数。利用本发明专利技术，充分发挥硅基波导结构紧凑、功耗低、与CMOS工艺兼容等优点，不仅可以解决DAC过程的高速、高分辨率问题，还可以解决光学DAC的集成化和小型化问题。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于硅基纳米线波导的片上集成光学数模转换器，包括N个激光器、一个调制复用一体结构，以及一个光电探测器，其中，该调制复用一体结构包含一条干线波导L0、N个级联的硅基纳米线波导微环谐振器(MRR1、MRR2、......MRRN)和N条弯曲波导(L1、L2、......LN)，N个激光器分别与N个弯曲波导(L1、L2、......LN)的上载端相连接，光电探测器与干线波导L0的直通端相连接，N为自然数。利用本专利技术，充分发挥硅基波导结构紧凑、功耗低、与CMOS工艺兼容等优点，不仅可以解决DAC过程的高速、高分辨率问题，还可以解决光学DAC的集成化和小型化问题。【专利说明】基于硅基纳米线波导的片上集成光学数模转换器
本专利技术属于光信息处理和高带宽信号处理
，尤其涉及一种基于硅基纳米线波导的片上集成光学数模转换器。
技术介绍
近年来，随着信息化生活水平的不断提高，人们所存在的实际物理世界和数字化信息处理的虚拟世界之间的信息交互和融合正向着多样化、精细化和高速化的方向发展。超高速、大分辨率的模数转换器(Analog-to-digital Converter, ADC)和数模转换器(Digital-to-analog Converter,DAC)作为模拟世界和数字世界之间的桥梁,在无线通信、生物医疗、工业自动化、雷达与声纳系统、航空航天、卫星通信等高带宽信号处理领域中起着举足轻重的作用。 传统的电学数模和模数转换技术受到量子遂穿效应、采样速率、孔径抖动等因素的影响，其性能发展面临巨大瓶颈。考虑到光学转换方式采样速率高、孔径抖动小、不受电磁干扰等优点，人们针对光学数模和模数转换技术展开了一系列研究，以期打破电学转换方式的技术限制，为超宽带通信、高速信号发生器、全光信息处理、传感网络等高带宽信号处理领域的发展注入新的活力。在光学模数转换技术方面，科研人员已经就光学辅助型、光学采样电学量化型、电学采样光学量化型、全光采样和量化型等转换技术进行了广泛深入的研究，逐渐形成系统的理论和技术体系。 相比之下，光学数模转换方面的研究起步较晚，人们从上世纪80年代开始进行一些有益的探索，早期的关于光学DAC的研究是英国科学家C.L.West提出的基于自由空间光学系统的方法，后来日本大阪大学在所设计的柱透镜和球透镜所形成的光学系统的基础上，结合光栅、分束器、准直器等分立光学元件，实现了间隔为1.65ps、分辨率为4bit的全光数模转换器。基于自由空间的光学结构虽然体积庞大，且转换精度不佳，但是它作为转换原理的雏形，为高性能的光学数模转换技术的发展指明了方向。 随着光电子器件和光电集成技术的发展，人们对光学数模转换技术的研究日益深入。光学DAC的基本思想是将数字域的每位代码根据权重在光域实现非相干叠加。在这个基本原理的基础上，结合高速电光调制、波分复用、光延迟、光色散等技术，衍生出诸多采用分立器件实现光学数模转换的方案。高速电光调制器作为光开关，是实现高采样率光学DAC的重要前提。美国伊利诺伊大学和贝尔实验室(“12.5GHz optically sampledinterference-based photonic arbitrary waveform generator，，，IEEE PhotonicsTechnology Letters, Vol.17，Iss.12，2005，pp.2727-2729)针对基于铌酸锂(LiNbO3)、磷化铟(InP)的高速马赫曾德(Mach-Zehnder，MZ)调制器以及它们在光学DAC方面的应用展开了研究，获得了采样频率在12.56取、位数为41^〖的信号发生器。为了在低电压条件下实现调制臂之间光信号的η相位反转，调制器的长度达到17mm，对于η位分辨率的数模转换需求，就需要采用多个调制器，再加上分立的复用器、分束器等器件后，光学DAC的体积会非常庞大，难以集成化。此外，美国加州大学和IPITEK公司(“Digital-to-analogconvers1n using electrooptic modulators，，， IEEE Photonics Technology Letters,Vol.15, Iss.1,2003, pp.117-119)、美国海军研究实验室(Weighted, summing, photonicdigital-to-analog converter, Electronics Letters, Vol.42, Iss.1,2006, pp.54-55)、澳大利亚莫纳什大学(“Optical domain digital-to-analog converter for visiblelight communicat1ns using LED arrays，，，Vol.1, Iss.2, 2013, pp.92-95，，)、 中国清华大学(“Photonic arbitrary waveform generator based on dispers1nofmultiwavelength pulse sequence”，Optical Engineering, Vol.47, Iss.4,2008,pp.045004)等研究机构针对基于Mach-Zehnder调制器等光开关器件、复用器和解复用器、光色散组件、LED等分立元件的光学DAC结构进行了设计和实验。所得到的DAC实验系统采样率在80Msps至2Gsps之间，分辨率在2bit至4bit之间，但是由于均是采用的分立器件，数模转换系统的体积非常庞大。 商业化电光调制器可以实现较高的采样速率，研究人员采用分立器件已经从结构上和原理上对光学DAC进行了论证。然而，光学DAC的结构必须具备可扩展性，实现集成化和小型化，才能在未来的高带宽信号处理领域中发挥其重要作用。因此人们在集成化的光学DAC方面做了许多努力。 文献“All-optical digital-to-analog convers1n using nonlinear opticalloop mirrors，，(IEEE Photonics Technology Letters,Vol.18,Iss.5,2006,pp.703-705)采用光纤环镜实现了分辨率为2bit、转换速率为IMHz的全光集成数模转换器，由于光纤的长度及光学相位难以精确控制，因此该技术在转换精度和扩展性方面存在限制。文献“Integrated optical digital-to-analogue converter and its applicat1n to pulsepattern recognit1n” (Electronics Letters, Vol.37, Iss.20,2001，pp.1237-1238)报道了基于硅基光波导延迟线的集成数模转换结构，但是要实现高分辨率的DAC必须采用更长的波导，与小型化目标相悖。此外，由于光信号在各波导之间传输后的相位差是固定的，器件只能工作在某一固定的采样速率。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题 有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于硅基纳米线本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于硅基纳米线波导的片上集成光学数模转换器，其特征在于，该片上集成光学数模转换器包括N个激光器、一个调制复用一体结构，以及一个光电探测器，其中，该调制复用一体结构包含一条干线波导L0、N个级联的硅基纳米线波导微环谐振器(MRR1、MRR2、......MRRN)和N条弯曲波导(L1、L2、......LN)，N个激光器分别与N个弯曲波导(L1、L2、......LN)的上载端相连接，光电探测器与干线波导L0的直通端相连接，N为自然数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周平，杨林，丁建峰，张凡凡，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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