基于级联微环谐振腔的光延时特性研究文献综述

 2022-09-23 08:09

  1. 文献综述
  2. 微环谐振腔的延时特性

光延迟线主要有光纤延迟线与光波导延迟线两种,其中发展较早技术较成熟的光纤延迟线的应用较多,但是受制于自身精度的限制,光纤延迟线已经无法满足光相控阵天线的扫描范围、速度以及瞬时带宽的要求。近年来光波导延迟线逐渐成为了科研人员的研究热点,并已研制出各种结构的光波导延迟线延迟精度已达皮秒量级[1]

波导微环谐振腔由于自身具有的“慢光”效应就可以实现对光延时的调控,群延时指的是网络的特征相移对频率变换曲线的斜率。网络的相频特性为直线时群延迟为常数,这样通过网络的各种频率的信号受到同样的延迟就不会产生相位失真或者调幅波的包络失真。因为微环谐振腔具有易于集成、功能多样等优点,吸引了光电领域研究的重视[2]。

单个波导微环谐振腔有着钟型群延时响应,延迟峰值以共振频率为中心,并在反共振频率下取得群延时最小值,由于平顶响应范围与群延时的延时值的数值互相限制,单个微环谐振腔只能在延时带宽与峰值延时值之间做一个折中。为了应用于相控阵天线需要有足够的带宽与延时,单个微环谐振腔是无法满足要求的,通过级联多个微环谐振腔并通过调节各个微环谐振腔的耦合系数与移相,可以同时实现具有大带宽与延时值的平顶响应。

有两种利用光波导延迟线结构:其一为微环谐振腔的串联,另一种为平衡SCISSOR结构的级联。

  1. 微环谐振腔串联的光波导延时线结构

将微环谐振腔串联并且通过调谐可以实现较大带宽的群延时平顶响应:

2005年C.G.H.Roeloffzen[3]等人制备的三环串联谐振腔可调延时线的自由光谱范围为8.4GHz,延时量在0到1.2ns之间可调并且延时抖动小于1ps。由光谱范围W及谐振峰半宽全高等参数L. Zhuang[4]等人在2011年就在波导损耗无法忽略的情况下,使用高折射率比,用于制作光延迟线的低损耗Si3N4/SiO2光波导,实现了具有20GHz的自由光谱范围与50mu;m至125mu;m弯曲半径的跑道型光学环形谐振器测得低至0.095dB/cm的波导传播损耗。证明了波导技术用于构建偏上MWP信号处理器的潜力。

2017,2018年Y. Liu[5][6]等人都发表了使用串联结构的多微环谐振腔延迟线来形成各种拓扑的光束形成网络。1*4的二阶二叉树拓扑增加了环的数量,在带宽,纹波,延迟,拓扑与复杂性之间又有着一个平衡。这些论文中分别通过遗传算法优化实现了6.3GHz与8.7GHz的带宽,延迟调谐范围为208.7ps与172.4ps。对应于41.1mmW与17.1pi;和14.1pi;的相移。不过这两篇论文都为基于超低损耗氮化硅波导平台上的分析与近似,评估也是用的为无损的ORR延迟模型。

与以上两种单纯通过二叉树拓扑的波束形成器不同, M. Burla[7]等人在2014年还通过波分复用(WDM)的方法制作新型架构的多波长集成光波束形成器,大大降低了网络的复杂性,可以使得单个集成芯片集成极多数量的延迟通道,不过本质上依然是通过串联微环谐振腔来实现群延时。

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