【摘 要】
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宽带电光调制器是高速光通信和微波光子系统的重要器件,其调制带宽、带内平坦度和半波电压对于系统的整体性能至关重要。相比于块体铌酸锂调制器、磷化铟调制器、硅基调制器以及石墨烯调制器,薄膜铌酸锂电光调制器具有调制带宽大、半波电压低、尺寸小等优点。目前,薄膜铌酸锂电光调制器的调制带宽已达100 GHz以上,理论带宽可达500 GHz,是实现超宽带电光调制最具潜力的技术方案之一。因此,对薄膜铌酸锂调制器进行
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宽带电光调制器是高速光通信和微波光子系统的重要器件,其调制带宽、带内平坦度和半波电压对于系统的整体性能至关重要。相比于块体铌酸锂调制器、磷化铟调制器、硅基调制器以及石墨烯调制器,薄膜铌酸锂电光调制器具有调制带宽大、半波电压低、尺寸小等优点。目前,薄膜铌酸锂电光调制器的调制带宽已达100 GHz以上,理论带宽可达500 GHz,是实现超宽带电光调制最具潜力的技术方案之一。因此,对薄膜铌酸锂调制器进行深入研究具有重要的科学意义和应用价值。本论文围绕宽带电光调制器开展特性分析和应用研究,研究内容主要分为以下两大部分:宽带电光强度和相位调制器频响特性的高分辨率测试表征,基于薄膜铌酸锂的电光强度调制器和单片集成强度/相位级联电光调制器设计、测试及应用。论文的主要研究工作如下:（1）提出了一种基于双载波调制和低频探测的电光强度调制器频响测试技术方案,可以实现宽带电光强度调制器相对频响的高分辨率测量。在本方案中,将激光器发出的连续光分为两路,一路经过声光移频后,与另一路合路获得频率间隔100 MHz的双载波;通过微波网络分析仪给待测电光强度调制器施加10 MHz-40GHz的激励微波信号,借助100 MHz的低频探测,实现了宽带电光强度调制器40GHz范围内相对频响的高分辨率测量,无需额外校准光电探测器的频响。此外,也对不同调制系数、不同直流偏压值下的频响测量误差进行了分析。（2）提出了一种基于光学下变频采样和低频探测的电光相位调制器频响测试技术方案,可以实现宽带电光相位调制器相对频响的高分辨率测量。在本方案中,利用低重频被动锁模激光器作为光源,通过微波源给待测电光相位调制器施加高频激励微波信号,借助Sagnac环实现相位调制-强度调制（Phase modulation to intensity modulation,PM-IM）的转换,通过低频光电探测和频谱分析,即可实现宽带电光相位调制器相对频响的高分辨率测量,无需额外校准光电探测器的频响。实验中,利用30 MHz的固定低频探测,实现了带宽为20 GHz和40 GHz的电光相位调制器的相对频响测量。（3）设计了基于薄膜铌酸锂的推挽式单输出电光调制器芯片,对耦合封装后的调制器进行了测试表征,重点对调制器芯片在开盖和关盖情况下由封装引起的谐振特性进行了研究分析,找出了在芯片设计和封装过程中影响调制器频响特性的因素。在此基础上,重新设计了推挽式单输出电光调制器芯片以及推挽式双输出薄膜铌酸锂调制器芯片,并进行了流片。其中,封装后的双输出调制器3-d B调制带宽大于40 GHz,并且利用封装后的推挽式单输出调制器实现了200 Gb/s速率的PAM4信号传输。（4）设计了单片集成的薄膜铌酸锂级联强度/相位电光调制器芯片,并进行了流片制备和耦合封装。对封装后的级联调制器进行了频响特性、半波电压和插入损耗的测试表征,重点对强度调制和相位调制的射频串扰进行了测试和分析。基于研制的级联电光调制器,设计了光学频率梳的产生方案,并通过数值仿真对光频梳的平坦度进行了优化。实验中,调制器的插损为6.97 d B,产生了13根梳齿间隔为5GHz的光频梳,梳齿平坦度为3.6 dB。
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