可调谐集成光子模拟微分器与积分器的研究

With the rapid development of the broadband optical network, there is an urgent need to process and monitor high speed signals in the next-generation optical communication network by employing the photonic signal processing technology, which could be used to overcome the speed limitation caused by the optical-electrical-optical conversion process in the optical network and significantly reduce power consumption of the system. Since a practically useful photonic signal processing technology should have several key features such as broad bandwidth,tunability ，integration and so on, we propose an integrated active Bragg grating in this project to realize the integrated photonic analog differentiator and integrator with key parameters tunable. The reflection spectral response of the Bragg grating is used to implement a tunable photonic analog differentiator and the transmission spectral response of the Bragg grating functions is used to implement a tunable photonic analog integrator. By adjusting the injection current of the active region of the grating structure, the gain in the active region will be changed. Then, on the one hand, the signal processing bandwidth of the analog differentiator could be tuned and this character can be used to minimize the processing error. On the other hand, the key parameter of the analog integrator could also be tuned and make the integration time window extended. The proposed photonic analog differentiator and integrator could be widely used in the generation of high-speed optical/microwave signals, full-field optical measurement, microwave frequency measurement, all-optical memory， Delta-Sigma analog-to-digital converters and so on.

随着宽带光网络的急速发展，迫切需要高速光子信号处理技术对下一代光通信网络中的信号进行处理和监测，克服光网络中"光-电-光"转换过程带来的速率瓶颈限制，并可以极大地降低系统的功耗。针对光子信号处理技术实用化所必须具备的宽带、可调谐以及集成化等特点，本项目首次提出基于有源布拉格光栅结构的可调谐集成光子模拟微分器与积分器，用于实现光子模拟微分器和积分器关键参数的可调谐。其中有源集成布拉格光栅的反射频谱响应用于实现光子模拟微分器，而透射频谱响应则用于实现光子模拟积分器。通过调节注入电流改变光栅结构中有源区增益，一方面可以调谐光子模拟微分器的信号处理带宽，用于降低微分器信号处理误差；另一方面也可以调谐积分器关键参数，达到延长积分时间长度的目的。本项目提出的光子模拟微分器和积分器技术可以广泛地应用于高速光信号的产生、光信号幅度相位实时测量、全光存储器、全光Delta-Sigma 模数转换器等。

随着宽带光网络的急速发展，迫切需要高速光子信号处理技术对下一代光通信网络中的信号进行处理和监测，克服光网络中"光-电-光"转换过程带来的速率瓶颈限制，并可以极大地降低系统的功耗。针对光子信号处理技术实用化所必须具备的宽带、可调谐以及集成化等特点，本项目提出基于有源布拉格光栅结构的可调谐集成式光子模拟积分器与微分器，实现光子模拟微分器和积分器的关键参数可调谐。有源集成布拉格光栅的反射频谱响应用于实现光子模拟微分器，而透射频谱响应则用于实现光子模拟积分器。通过注入电流改变光栅结构中有源区增益，从而调谐光子模拟微分器的信号处理带宽。另外，通过改变有源区增益，还可以优化积分器关键参数：积分时间长度。本项目提出的光子模拟微分器和积分器技术可以广泛地应用于高速光信号的产生、光信号幅度相位实时测量、全光存储器、全光Delta-Sigma 模数转换器以及微波频率测量等领域。.按照项目计划，加拿大渥太华大学微波光子实验室姚建平教授在2015年7月受邀来访交流，共同探讨可调谐的光子模拟微分器与积分器方案的理论模型与和具体的制作。同时李明研究员于2013年和2017年参加3个项目相关的国际会，以通信作者身份，依靠项目研究成果，发表3篇会议文章。.通过合作交流，实现了可调谐集成式光子模拟积分器与微分器，光子模拟微分器和积分器的关键参数实现了可调谐。微分器功能成功应用于超宽带微波信号的产生，而积分器功能则成功应用于常微分方程的求解，并且求解的系数通过调节注入电流实现可控。相关成果于2016年1月在自然集团期刊Scientific Reports出版，依靠项目相关成果，共有24篇高水平论文被发表出版，其中21篇期刊文章均被SCI收录。