基於反射式微環的集成光控波束成形技術研究

《基於反射式微環的集成光控波束成形技術研究》是依託南京航空航天大學，由李思敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於反射式微環的集成光控波束成形技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李思敏
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

光微環是集成光控波束成形網路實現延時控制的有效途徑。針對傳統微環延時頻寬受限於群延時色散的關鍵挑戰，本項目擬提出基於群延時色散對消效應拓展延時頻寬的新方法，設計反射式微環新結構，利用同一微環內逆時針傳播慢光和順時針傳播快光的群延時色散對消，獲得連續可調大頻寬光真延時。在此基礎上，提出基於級聯反射式微環和波分復用技術的光控波束成形新方案，解決傳統樹狀延時分配網路微環數目多、尺寸大、輸出功率不均衡等關鍵問題，且無需額外的光濾波器即可實現抑制載波單邊帶調製，從而提高系統的工作頻率範圍和可重構性。項目將研究反射式微環中快慢光的相互作用，闡明其實現連續可調大頻寬光真延時的物理機理；研究級聯反射式微環輸入波長和各信道延時量的關係，掌握延時分配和調節方法；研究器件的設計製作方法，完成原型晶片的製作、測試和功能驗證。研究成果可為新一代相控陣雷達、多波束衛星通信和移動通信（智慧型天線）的發展提供技術支持。

結題摘要

光控波束成形技術在衛星通信、下一代無線通信、雷達、電子戰等民用和軍用領域有著廣泛的套用。寬頻可調光延時線是光控波束成形網路中的基礎功能單元。針對傳統光微環延時頻寬受限於群延時色散的挑戰，本項目提出一種新的集成光延時單元——反射式微環，並圍繞該器件以及基於光子晶片的光控波束成形網路開展研究工作。在反射式微環方面，建立了反射式微環傳輸線模型，仿真研究了不同耦合係數下幅度和延時的三種線型（劈裂、平頂和洛倫茲）回響，推導了幅度和延時的平頂狀態條件，提出選取合適的兩個耦合係數可以在平頂狀態下獲得不同延時。研製了相關原型器件，實驗結果與理論一致。在反射式微環的研究過程中，針對微環延時調諧過程中微環波長漂移現象，提出了一種適用於馬赫曾德爾型微環的調諧方式，有效避免了諧振波長的漂移問題。此外，提出並實驗驗證了基於多載波和單個微環的可重構微波光子濾波器/延時線方案，以及基於單個微環和無檢偏鈮酸鋰相位調製器的可切換帶通/帶阻微波光子濾波器方案。在光控波束成形晶片方面，基於微環周期性延時回響，搭建了二維波束成形系統，獲得了二維波束四天線陣元所需的延時量。提出了基於微環延時矩陣晶片的多波束光控波束成形方案，實驗驗證了基於2×2微環延時矩陣晶片的2陣元2波束成形系統。在暗室環境下，開展了基於光控波束成形晶片的相控陣天線遠場方向圖測試。此外還提出了基於平行相位調製器和可調光耦合器的可集成微波光子移相器方案,利用分立器件搭建了相應系統，驗證了方案的可行性。為了將反射式微環寬頻延時線套用於集成微波光子相控陣雷達晶片中，對微波光子雷達晶片進行了探索性研究，研製了集成微波光子雷達晶片，實現了對都卜勒頻移大小和方向的同時測量，並首次在世界上實現了基於微波光子雷達晶片的高解析度雷達成像實驗，成像解析度達2.7cm。