【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种集成声光移频器，特别是一种可实现正负移频的片上集成声光移频器及其制备方法。
技术介绍
1、实现光频率的移频是片上信号处理的重要一环，基于声光效应的移频具有移频效率高、结构简单等优点，得到广泛应用。传统的集成声光移频器技术主要基于声光光栅布拉格衍射原理，光束以一定角度入射，经过声光光栅后，产生0阶和±1阶衍射光，±1阶衍射光以一定角度出射，并分别产生正移频或负移频，这种方案只能实现单侧移频，即输出频率必须比输入频率高或低，而无法同时兼顾正负移频的需求。
2、专利技术专利cn102279479b中提出了一种集成声光移频器技术，利用ti扩散技术构建铌酸锂波导，与声表面波形成的光栅耦合实现移频，但这种技术对光场束缚能力弱，移频效率低，且只能产生单侧移频。为了提高移频效率，专利技术专利cn107065235a提出了一种基于氧化碲晶体体材料的声光移频器，但是基于体材料的声光移频器也只能产生单侧的固定移频，且功耗更高。文献(yama nicholas s,etal.advanced materials 2024,36.5:2305434.)中提出可以制造大面积的悬空结构，以减少声波损耗来提高移频效率，但是悬空结构非常脆弱且容易塌陷，会极大降低器件的鲁棒性和稳定性。另外，也有文献(yu zejie,et al.acs photonics 2021,8.3:798-803.)利用高弹光系数的聚合物材料作为光波导，以提高声光耦合效率，但聚合物工艺不能cmos兼容，这会提高制备工艺的复杂度，且聚合物材料的长期稳定性较差，
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于压电材料的集成正负声光移频器及其制备方法，利用两次声光移频结合模式选择，来实现正负移频的效果。
2、本专利技术的工作原理：
3、在集成了薄膜压电材料的器件上，利用两对移频方向相反的声光移频器，先将模式1转换成模式2，同时产生一个固定的正移频f1，然后再将模式2转换回模式1，同时产生一个可调的负移频f2。那么总的移频量就是f1-f2，调节f2的频率从小于f1到大于f1，就可以实现相对于输入光频率的正负移频。进一步，由于模式转换的非理想性，需要结合模式滤波将残余的无用信号进行滤除，得到最终的高性能集成正负移频器。
4、本专利技术的技术解决方案如下：
5、一方面，本专利技术提供一种片上集成正负声光移频器，其特点在于，包括：
6、基底，其上集成有声光薄膜压电材料；
7、第一声光移频器，设置于所述声光薄膜压电材料上，用于将输入的光信号从模式1转换成模式2，并在转换过程中产生一个固定的正移频f1；
8、第二声光移频器，设置于所述第一声光移频器之后，用于将所述模式2的光信号转换回模式1，并在转换过程中产生一个可调的负移频f2，使得总的移频量为f1-f2，通过调节f2的频率，实现从相对于输入光频率的正移频到负移频的连续可调；
9、模式滤波器，设置于所述第一声光移频器和第二声光移频器之间或之后，用于滤除因模式转换非理想性而产生的残余无用信号，确保输出光信号的高性能。
10、进一步，所述第一声光移频器和第二声光移频器均包括光波导和叉指换能器(idt)，所述idt设置于光波导的一侧，用于在施加微波调制信号时激发声波，与光波导中的光信号发生相互作用，实现模式转换和频率移动。
11、进一步，所述光波导同时支持模式1和模式2，且与所述idt呈一定角度，所述第一声光移频器的idt上施加的微波调制信号频率为f1，所述第二声光移频器的idt上施加的微波调制信号频率为f2，f2为可调频率，所述第二声光移频器的idt的电极周期成啁啾变化。
12、进一步，还包括驱动模块，用于产生相参的微波调制信号，并分别提供给所述第一声光移频器和第二声光移频器的idt，以驱动其进行模式转换和频率移动。
13、进一步，还包括输入耦合器，用于将输入的光信号引入芯片。
14、进一步，还包括输入耦合器，所述薄膜压电材料为铌酸锂薄膜。
15、进一步，所述的声光材料薄膜具有压电效应，晶轴为z轴，x轴沿薄膜的法线方向，薄膜平面是yz平面，光信号在上述各个器件中的传播方向为+y轴；
16、进一步，所述的第一、第二声光移频器中idt产生的声波，会在波导中引起折射率变化，波导横截面上的折射率变化、模式1模场和模式2模场三者交叠积分不能为零；所述的第一、第二声光移频器中idt产生的声波沿光波导方向的波矢应满足相位匹配条件，提升模式转换效率；所述的第一、第二声光移频器中的波导长度应适中，使得模式1(2)能充分转换成模式2(1)，但又不会反向转换；
17、进一步，所述的第一、第二声光移频器中，还可以将波导加工成悬空波导，且/或在波导相对于idt的另一侧制备声波反射镜，以提升声光效应引起的模式转换效率；
18、进一步，所述的第一、第二模式滤波器基于模式演化原理或绝热模式耦合原理；
19、进一步，所述的驱动模块产生的微波频率中，f1是固定频率，f2是可调频率，f2的调谐范围从小于f1到大于f1。
20、优选的，所述的声光材料薄膜为x切铌酸锂薄膜，厚度在几百纳米到几微米之间。
21、优选的，所述的光信号的模式1是te0，模式2是te1。输入光信号是模式1。
22、优选的，所述的驱动模块产生的微波频率f1的频率范围可选1ghz～4ghz，微波频率f2的调谐范围为以f1为中心两侧±1％～5％。
23、第二，本专利技术还提供一种制备上述片上集成正负声光移频器的方法，其特点在于，包括步骤：
24、s1.在基底上集成声光薄膜压电材料；
25、s2.在所述声光薄膜压电材料上通过刻蚀制备输入耦合器、第一声光移频器、第二声光移频器和模式滤波器的光波导部分；
26、s3.在所述第一声光移频器和第二声光移频器的光波的一侧通过沉积和剥离工艺制备idt电极；
27、s4.通过沉积工艺制备上包层以保护器件和idt电极；
28、s5.组装驱动模块，以产生并分配微波调制信号至第一声光移频器和第二声光移频器的idt电极；
29、s6.进行封装和测试。
30、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
31、1)与cn102279479b专利中提出的基于ti扩散波导的表面声波声光移频器技术相比，本专利技术具有更高的声光移频效率，更低的声学和光学传输损耗。
32、2)与cn107065235a专利中提出的基于氧化碲晶体的声光移频器技术相比，本专利技术可以实现任意可调谐的正负移频，以及更低的器件功耗。
33、3)与文献(yama nicholas s,et al.advanced materials 2024,36.5:230本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种片上集成正负声光移频器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的片上集成正负声光移频器，其特征在于，所述第一声光移频器和第二声光移频器均包括光波导和叉指换能器(IDT)，所述IDT设置于光波导的一侧，用于在施加微波调制信号时激发声波，与光波导中的光信号发生相互作用，实现模式转换和频率移动。
3.根据权利要求2所述的片上集成正负声光移频器，其特征在于，所述光波导同时支持模式1和模式2，且与所述IDT呈一定角度，所述第一声光移频器的IDT上施加的微波调制信号频率为f1，所述第二声光移频器的IDT上施加的微波调制信号频率为f2，f2为可调频率，所述第二声光移频器的IDT的电极周期成啁啾变化。
4.根据权利要求1-3任一所述的片上集成正负声光移频器，其特征在于，还包括驱动模块，用于产生相参的微波调制信号，并分别提供给所述第一声光移频器和第二声光移频器的IDT，以驱动其进行模式转换和频率移动。
5.根据权利要求1-4任一所述的片上集成正负声光移频器，其特征在于，还包括输入耦合器，用于将输入的光信号引入芯片。
6.根据权
7.一种制备权利要求1-5任一所述的片上集成正负声光移频器的方法，其特征在于，包括步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种片上集成正负声光移频器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的片上集成正负声光移频器，其特征在于，所述第一声光移频器和第二声光移频器均包括光波导和叉指换能器(idt)，所述idt设置于光波导的一侧，用于在施加微波调制信号时激发声波，与光波导中的光信号发生相互作用，实现模式转换和频率移动。
3.根据权利要求2所述的片上集成正负声光移频器，其特征在于，所述光波导同时支持模式1和模式2，且与所述idt呈一定角度，所述第一声光移频器的idt上施加的微波调制信号频率为f1，所述第二声光移频器的idt上施加的微波调制信号频率为f2，f2为可调频率，所述第二声光移频器的i...
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