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浙江大学余辉:微波光子学走向广泛应用迎接5G到来

2019年08月22日 17:31:00 来源:科技金融时报 作者:金乐平 王楠 陆丹旸

我与科学基金(333)

  通信传输、宽带无线接入如何升级做到速度更快、容量更大、运营更稳?

  浙江大学微电子集成系统研究所副所长余辉副教授承担的浙江省自然科学基金杰出青年项目“面向集成微波光子学的硅基调制和探测技术研究”近期通过了结题验收,为下一代宽带无线接收技术提供坚实的理论基础和广阔的实际应用前景。

  余辉告诉记者,微波技术与光子技术是支撑当今信息社会的两项基本技术,这两种技术的结合产生了一门新兴的交叉学科,即微波光子学。它以微波和光子在概念、器件和系统上的结合为基础,主要研究如何利用光电子学的器件和方法来实现微波/毫米波信号的产生、分配、传输、处理、以及转换等单纯依靠传统微波方法实现过于复杂或根本无法实现的功能,实现了两个领域的优势互补。研究高速光子器件及其相应的应用系统是微波光子学的重要特征,高速信号或光载微波信号的产生、传输、转换、接收和处理是微波光子学的主要研究方向。

  经过近30年的发展,微波光子学在宽带无线接入网、相控阵雷达、卫星通信、射电天文学等诸多方面得到了广泛应用,对现代信息技术的发展产生了深远的影响。目前其最重要的应用领域——宽带无线接入技术方面,为适应无线终端数量和数据通信量的急剧增长,下一代宽带无线接入技术目前正向高频超宽带数据传输、全波段大动态可重构信号处理、多波束智能收发、海量设备泛在接入的方向发展。传统的基于纯电子技术的无线通信系统已经难以适应以上发展趋势。基于微波光子学的光载无线接入技术兼具无线接入的灵活性与光纤传输的低损耗与大带宽优势,是新一代无线接入系统的必然发展趋势。目前基于分立光电器件和光纤的微波光子系统存在体积大、一致性差、可靠性低、高功耗、成本高等不足,是其实用化和产业化的最大障碍,因此迫切需要将微波光子系统中各功能模块进行芯片化与系统集成。研制面向宽带无线接入的微波光子器件及芯片,对于保持和扩大我国在5G移动通信领域的领先优势,打破国外在高端光电子芯片领域对我国的禁运与管控,保障国家信息安全与产业安全,促进经济和社会发展具有举足轻重的战略意义。

  余辉和他的研究团队开发的高线性调制器和高饱和探测器,是微波光子链路中的核心器件。针对硅基高线性调制器,本研究利用半导体TCAD工具和光模场分析软件,建立了从CMOS工艺到最终调制特性的完整仿真流程;基于该流程,严格地分析了硅基调制器中的非线性调制动力学行为;通过Q值调控,实现了高线性度硅基微环调制器,无杂散动态范围104.3 dB·Hz2/3;通过串联,实现了高线性度的硅基MZ调制器,无杂散动态范围>109 dB·Hz2/3。针对单边带调制,通过优化调控双并联MZ调制器的分光比,在20G的调制频率下实现了39dB的高边带抑制比。

  针对高饱和探测器,本研究采用分布式行波探测结构。建立了该结构的等效电路模型,然后分析了阻抗和速度匹配、以及PD的容性负载对探测器带宽和输出功率的影响;提出了一种非周期分布式行波探测器结构,其输出到负载上的RF功率能提高6dB,同时还能保持高带宽工作;具体制备了4周期硅基分布式行波探测器,其饱和输出RF功率达到了10dBm。

  该研究项目共培养硕士研究生2 名,博士研究生1 名,发表SCI论 文12篇,授权发明专利2 项,受理1 项。项目预期指标均顺利达成,其中多项指标达到目前国内外同类器件的最好水平。

  (记者  金乐平  通讯员  王楠  陆丹旸)

[编辑: 胡恩华]
(本文来源:科技金融时报)
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