区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室王兴军教授团队在集成微波光子滤波器研究中取得重要进展
近期，信息科学技术学院电子学系、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室王兴军教授课题组在集成微波光子滤波器研究中取得重要进展。研究团队基于硅基与铟磷材料平台混合集成的技术方案，实现了目前世界上滤波性能最高、且滤波响应可快速切换的全集成微波光子滤波器。
微波滤波器是用来分离不同微波频率信号的元件，在雷达、无线通信、电子战等射频系统中有着广泛的应用。相较于传统的电域微波滤波器，微波光子滤波器在光域对微波信号进行处理，具有工作频段宽、调谐能力强、抗电磁干扰等诸多优势，是面向第六代移动通信(6G)等未来射频应用最具吸引力的解决方案之一。早期的微波光子滤波器都是基于分立器件搭建的，在体积、成本、可靠性方面存在严重限制，难以实现大规模应用。因而，集成化是包括微波光子滤波器在内的微波光子功能单元与系统的必然发展趋势。
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快速发展。然而，在此前已报道的研究中，几乎所有集成微波光子滤波器仅实现了无源器件的芯片化，而有源器件(激光器、调制器和探测器)采用仍分立元件，系统体积与稳定性提升有限。世界上首个全集成微波光子滤波器基于铟磷单片集成方法实现，但所达到的滤波性能并不理想，特别是受限于铟磷光波导较大的传输损耗使其滤波精细度差(>2 GHz)，远不能满足实际应用要求。
图1. 混合集成微波光子滤波器的原理结构图
图2. 混合集成微波光子滤波器的封装实物图
针对以上困难挑战，研究团队提出了硅基与铟磷材料平台混合集成的技术方案，将两种集成材料平台的性能优势互补，如图1所示。在铟磷集成平台上实现高功率窄线宽的激光器，而在硅基平台上利用标准硅光工艺单片集成了双驱马赫-曾德尔电光调制器、高品质因子微环和锗硅探测器。利用微光学元件辅助的方法将硅基芯片与铟磷芯片耦合互连，实现了微波光子滤波器的全系统芯片化。封装完成的微波光子滤波器尺寸仅有一枚五角硬币的大小，如图2所示。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(3-25 GHz)、3 dB滤波线宽360 MHz、带外抑制比高于40 dB；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，切换响应时间仅需48 μs。
图3. (a) 带阻滤波响应测试结果；(b) 带阻滤波响应测试结果.
相关研究成果以《混合集成的高性能可切换微波光子滤波器》(“Hybrid-integrated high-performance microwave photonic filter with switchable response”)为题，发表于(Photonics Research 8: 1569, 2021)期刊，并被评选为“Editor’s Pick”文章Highlight报道(Editor's Picks serve to highlight articles with excellent scientific quality and are representative of the work taking place in a specific field.)。第一作者是信息科学技术学院电子学系2017级博士研究生陶源盛，通讯作者为王兴军教授。
该项工作的第一作者陶源盛，在近期举办的第六届微波光子学技术及应用研讨会议中，汇报了该项研究工作，得到了与会专家的高度认可，荣获“中国微波光子学学术新星”奖项。(注：“中国微波光子学学术新星”奖项旨在对微波光子学研究领域中科研能力优异者给予表彰鼓励，激发青年学者的科研热情。本届评选，经大会程序委员会投票共评选出四位获奖者。)
