基于硅基集成的模拟信号处理及其在微波光子前端中的应用

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2015283

摘要/Abstract

摘要：

模拟信号处理单元是微波光子前端中的重要组成部分，其性能在很大程度上决定了整个系统的性能，其中硅基光子集成的信号处理单元因其尺寸小和性能优良等优势获得了更多的关注。综述了硅基光子信号处理单元以及其在微波光子前端中应用的相关研究成果。

Abstract:

Signal processors are one of the significant elements in microwave photonic frontends，which determines the working ability of the entire system in many aspects.The silicon-photonics-based signal processors are especially attractive for their compact size and wonderful performance.The development of silicon-photonics-based signal processing for microwave photonic frontends was reviewed.

Key words: microwave photonics, silicon photonics, optical frontend

陈明华,于鸿晨,汪晶晶,陈宏伟,谢世钟. 基于硅基集成的模拟信号处理及其在微波光子前端中的应用[J]. 电信科学, 2015, 31(10): 36-48.

Minghua Chen,Hongchen Yu,Jingjing Wang,Hongwei Chen,Shizhong Xie. Analog Signal Processing Based on Silicon-Photonics and Its Application in Microwave Photonic Frontend[J]. Telecommunications Science, 2015, 31(10): 36-48.

图/表 18

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

图12

图13

图14

图15

图16

图17

图18

参考文献 44

1	Hsu R C J ， Ayazi A ， Houshmand B ， et al. All-dielectric photonic-assisted radio front end technology. Nat Photon， 2007（1）： 535～538
2	Waterhouse R B ， Novak D . Integrated antenna/electro-optic modulator for RF photonic front-ends. Proceedings of 2011 International Microwave Symposium， Baltimore，MD，USA， June 2011
3	Chou J ， Conway J A ， Sefler G A ， et al. Photonic bandwidth compression front end for digital oscilloscopes. J Lightwave Technol， 2009，27（22）： 5073～5077
4	Ilchenko V S ， Savchenkov A A ， Byrd I ， et al. Photonic front-end for millimeter wave applications. Proceedings of the 33rd International Conference on Infrared，Millimeter and Terahertz Waves， Tucson，AZ，USA， 2008
5	Matsko A B ， Ilchenko V S ， Koonath P ， et al. RF photonic receiver front-end based on crystalline whispering gallery mode resonators. Proceedings of 2009 IEEE Radar Conference， Atlanta，Georgia， 2009
6	Yu H ， Chen M ， Li P ， et al. Compact Q-value enhanced band-pass filter based on EIT- like effect accompanying application in down coversion APL. Opt Lett， 2013（38）： 3906～3909
7	Yu H ， Chen M ， Li P ， et al. Silicon-on-insulator narrow-passband filter based on cascaded MZIs incorporating enhanced FSR for downconverting analog photonic links. Opt Express， 2013（21）： 6749～6755
8	Clark T R ， Waterhouse R . Photonics for RF front ends. IEEE Microwave Magazine， 2011（12）： 87～95
9	Yu H ， Chen M ， Gao H ， et al. RF photonic front-end integrating with local oscillator loop. Opt Express， 2014（22）： 3918～3923
10	Torres-Company V ， Leaird D E ， Weiner A M . Simultaneous broadband microwave downconversion and programmable complex filtering by optical frequency comb shaping. Opt Lett， 2012，37（19）： 3993～3995
11	Wang J ， Chen M ， Liang Y ， et al. Broadband RF front-end using microwave photonics filter. Opt Express， 2015，23（2）： 839～845
12	Guan X ， Hajimiri A . A 24-GHz CMOS front-end. IEEE J Solid State Circuits， 2004（39）： 368～373
13	Logan R T ， Gertel E . Millimeter-wave photonic downconvertors：theory and demonstrations. Proceedings of SPIE， 1995（2560）： 58～65
14	Capmany J ， Novak D . Microwave photonics combines two worlds. Nat Photon， 2007（1）： 319～330
15	Yao J . Microwave photonics. J Lightwave Technol， 2009（27）： 314～335
16	Capmany J ， Mora J ， Gasulla I ， et al. Microwave photonic signal processing. J Lightw Technol， 2013（31）： 571～586
17	Marpaung D ， Roeloffzen C ， Heideman R ， et al. Integrated microwave photonics. arXiv：1211， 2012（4114）
18	Jalali B ， Fathpour S . Silicon photonics. J Lightw Technol， 2006（24）： 4600～4615
19	Takato N ， Kominato T ， Sugita A ， et al. Silica-based integrated optic Mach-Zehnder multi/demultiplexer family with channel spacing of 0.01-250 nm. IEEE J Sel Areas Comm， 1990，8（6）： 1120～1127
20	Yu H ， Li P ， Chen M ， et al. Narrow-passband filter based on silicon cascaded MZIs with enhanced FSR. Proceedings of OECC/PS， Kyoto，Japan， 2013
21	Djordjevic S S ， Luo L W ， Ibrahim S ， et al. Fully reconfigurable silicon photonic lattice filters with four cascaded unit cells. IEEE Photon Technol Lett， 2011，23（1）： 42～44
22	Yu H ， Chen M ， Yang S ， et al. All-optical analog programmable signal processor. Proceedings of CLEO 2015， Busan，Korea， 2015
23	Yu H ， Chen M ， Guo Q ， et al. A Si3N4 integrated programmable signal processor with a record high resolution for RF signal processing. Proceedings of OFC， Los Angeles，CA，USA， 2015
24	Biberman A ， Shaw M J ， Timurdogan E ， et al. Ultralow-loss silicon ring resonators. Opt Lett， 2012，37（20）： 4236～4238
25	Rasras M S ， Tu K Y ， Gill D M ， et al. Demonstration of a tunable microwave-photonic notch filter using low-loss silicon ring resonators. J Lightwave Technol， 2009，27（12）： 2105～2110
26	Xiao S J ， Khan M H ， Shen H ， et al. Multiple-channel silicon micro-resonator based filters for WDM applications. Opt Express， 2007（15）： 7489～7498
27	Xiao M H ， Khan H S ， Qi M . A highly compact third-order silicon microring add-drop filter with a very large free spectral range，a flat passband and a low delay dispersion. Opt Express， 2007（15）： 14765～14771
28	Dong P ， Feng N N ， Feng D ， et al. GHz-bandwidth optical filters based on high-order silicon ring resonators. Opt Express， 2010，18（23）： 23784～23789
29	Yu H ， Chen M ， Hoekman Q M ， et al. A full-band RF photonic receiver based on the integrated ultra-high Q bandpass filter. Proceedings of OFC， Los Angeles，CA，USA， 2015
30	Toliver P ， Menendez R ， Banwell T ， et al. A programmable optical filter unit cell element for high resolution RF signal processing in silicon photonics. Proceedings of Optical Fiber Communication Conference 2010， California，USA， 2010
31	Parkvall S ， Furuskar A ， Dahlman E . Evolution of LTE toward IMT-advanced. Communications Magazine， 2011（49）： 84～91
32	Chen S ， Wang Y ， Ma W ， et al. Technical innovations promoting standard evolution：from TD-SCDMA to TD-LTE and beyond. Wireless Communications， 2012（19）： 60～66
33	Morichetti F ， Melloni A ， Martinelli M ， et al. Box-shaped dielectric waveguides：a new concept in integrated optics. J of Lightwave Technol， 2007（25）： 2579～2589
34	Zhuang L ， Marpaung D ， Burla M ， et al. Low-loss，high-index-contrast Si3N4/SiO2 optical waveguides for optical delay lines in microwave photonics signal processing. Opt Express， 2011（19）： 23162～23170
35	Haykin S . Cognitive radar：a way of the future. IEEE Signal Proc Mag， 2006，23（1）： 30～40
36	Ulversoy T . Software defined radio：challenges and opportunities. IEEE Commun S ＆ T， 2010，12（4）： 4531～4550
37	Bagheri R ， Mirzaei A ， Chehrazi S ， et al. Software-defined radio receiver architecture and RF-analog front-end circuits. Proceedings of Digitally-Assisted Analog and RF CMOS Circuit Design for Software-Defined Radio，Springer， New York，USA， 2011： 85～112
38	Goldberg L ， Esman R D ， Williams K J . Generation and control of microwave signals by optical techniques. IEEE Proc J， 1992，139（4）： 288～295
39	Zhang W ， Li T ， Lours M ， et al. Amplitude to phase conversion of InGaAs pin photo-diodes for femtosecond lasers microwave signal generation. Appl Phys B， 2012（106）： 301～308
40	Agarwal A ， Banwell T ， Woodward T K . Optically filtered microwave photonic links for RF signal processing applications. J Lightw Technol， 2011，29（16）： 2394～2401
41	Toliver P ， Menendez R C ， Banwell T C ， et al. Very high-order microring resonator filters for WDM applications. IEEE Photon Technol Lett， 2004，16（10）： 2263～2265
42	Wang J ， Yu H ， Chen M ， et al. Large frequency range photonic-assisted software-defined radio transceiver. Proceedings of CLEO 2015， San Jose，CA，USA， 2015
43	Goldsmith A . Wireless Communications. London： Cambridge University Press， 2005
44	Ly-Gagnon D S ， Tsukamoto S ， Katoh K ， et al. Coherent detection of optical quadrature phase-shift keying signals with carrier phase estimation. J Lightw Technol， 2006，24（1）： 12～21

[1]	纪越峰,徐坤,田慧平,戴一堂,王瑞鑫,申冠生. 动态可重构智能微波光波融合系统[J]. 电信科学, 2014, 30(8): 47-59.
[2]	李遥,闻和,郑小平. 基于宽谱光源OFDM信号传输技术[J]. 电信科学, 2011, 27(9): 79-83.