中心王兴军课题组在高性能混合集成微波光子滤波器方面取得进展

微波光子滤波器凭借超宽工作频段、灵活可调谐、抗电磁干扰等技术优势，被认为是面向5G/6G移动通信、电子对抗、相控阵雷达等下一代射频系统最具吸引力的前沿技术之一。早期的微波光子滤波器基于分立光电器件搭建，在体积、成本、可靠性方面存在严重限制。近年来，集成光电子技术的逐步成熟推动了集成微波光子滤波器的蓬勃发展。然而，目前已报道研究均面临着集成度低或滤波性能差的问题，很大程度上限制了实际应用，需要新的系统架构、新的集成方案来推动集成微波光子滤波器的进一步发展。

针对以上问题，中心王兴军教授课题组提出硅基平台与三五族（铟磷）平台混合集成的技术方案，有效克服以往单一集成平台方案所面临的固有材料缺陷，如图1所示。课题组基于标准130nm硅光工艺在单颗硅基芯片上集成了宽带双驱动马赫-曾德尔调制器、高品质因子微环和高速锗硅探测器，再利用微光学元件辅助的方法与铟磷高功率DFB激光器芯片混合集成，实现了微波光子滤波器的系统全集成化。

图1 混合集成微波光子滤波器的原理结构图与封装实物图

该滤波器展现出优异的滤波性能：频率调谐范围覆盖S波段至K波段（3-25GHz）、3dB滤波线宽360MHz、带外抑制比高于40dB，如图2所示。各项滤波性能指标均优于此前报道的类似集成度的微波光子滤波器。与此同时，其滤波响应可在带通滤波与带阻滤波两种工作模式间快速切换，而切换响应时间仅需48μs，提升了集成微波光子滤波器部署于复杂电磁场景中的适应性与通用性。

图2 带阻滤波与带通滤波的实验结果

相关研究成果以“高性能可切换的混合集成微波光子滤波器”（Hybrid-integrated high-performance microwave photonic filter with switchable response）为题，发表于《Photonics Research》期刊（Photon. Res., 9(8), 1569, 2021），并被评选为Editor’s Pick。信息科学技术学院电子学系2017级博士研究生陶源盛为第一作者，王兴军教授为通讯作者。

上述研究工作得到国家自然科学基金、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心、北京大学长三角光电科学研究院、鹏城实验室等支持。

论文原文链接：

https://doi.org/10.1364/PRJ.427393