设计并制作了一种基于多模干涉波导（MMI）结构的InP基90°光混频器芯片，该芯片的波导层材料为InGaAsP，包层和衬底材料为InP，芯片的单模波导宽度设计为2.6 μm，多模干涉波导的长度和宽度分别设计为844和20 μm。采用三维光束传播法（3D BPM），仿真分析了波导材料折射率、厚度、宽度和长度的工艺误差容限，仿真结果表明在1 535~1 565 nm波长范围内所设计的光混频器芯片的净插入损耗小于1 dB，相位偏差小于±5°。实验测试结果与仿真结果一致。
光混频器 磷化铟 多模干涉波导 相干光通信 optical hybrid InP MMI coherent optical communication
中国科学院上海微系统与信息技术研究所超导电子学实验室，上海 200050
太赫兹混频器可通过本征信号与原信号混合，经频率变换，实现频谱探测、超分辨成像和天文信号高灵敏探测，在太赫兹频谱识别、太赫兹安检、射电天文探测等领域具有重要应用前景。本文首先介绍了太赫兹混频器的基本原理、分类、主流技术方案；其次针对太赫兹混频器超灵敏化、高频化、中频宽带化和小型化集成的应用需求，分析了国内外太赫兹混频器设计与制作技术的发展动态；最后归纳了太赫兹混频器的应用状况、技术挑战和可能的解决方案，以便阐明三类太赫兹混频器的技术特点和技术发展趋势。
超快光学 太赫兹 混频器 进展 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811011
1 河北省产品质量监督检验研究院, 河北 石家庄 050000
2 电子科技大学, 四川 成都 610000
3 中国电子科技集团公司第十三研究所, 专用集成电路国家级重点实验室, 河北 石家庄 050000
针对太赫兹通信及成像等系统对高集成度射频收发链路的需求, 在自主研制的太赫兹肖特基二极管的基础上, 建立了器件的精确模型, 设计并制备出基于二极管的倍频/混频单片集成芯片, 解决了传统二极管装配难度大、一致性差的难题, 提高了器件的性能。成功研制出170 GHz、340 GHz倍频器和340 GHz混频器模块, 并且开发出集成化的340 GHz发射与接收链路。发射端一体化模块实现了342 GHz功率为22 mW的输出, 接收端一体化模块实现了330～350 GHz单边带变频损耗在10 dB上下。该模块的开发为未来太赫兹通信及成像技术的应用奠定基础。
半导体器件 太赫兹肖特基二极管 倍频器 混频器 收发链路 semiconductor device terahertz Schottky diode frequency multiplier mixer transceiver link
1 中国科学院国家空间科学中心微波遥感重点实验室，北京 100190
2 南京电子器件研究所微波毫米波单片集成和模块电路重点实验室，江苏 南京 210016
3 南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司，江苏 南京 210016
基于南京电子器件研究所砷化镓工艺线，自主完成了750~1 100 GHz全频带三倍频器以及中心频率为1 030 GHz的低损耗二次谐波混频器的研制。为了提升模块的性能，将传统的场路结合的设计方法进行了扩展，引入器件的参数优化，并建立起两者互为反馈的关系，从而达到整个设计过程的闭环。研制出的单片电路厚度为3 μm，并通过梁氏引线支撑悬置于腔体结构中。测试结果表明宽带倍频器在790~1 100 GHz频率范围内输出功率为-23~-11 dBm。以上述倍频源作为射频信号对二次谐波混频器进行测试，在1 020~1 044 GHz频率范围内变频损耗优于17.5 dB，在1 030 GHz处测得的最小变频损耗为14.5 dB。
太赫兹 单片电路 谐波混频器 宽带倍频 terahertz monolithic circuit subharmonic mixer broadband frequency multiplier
1 合肥工业大学 微电子设计研究所， 合肥 230601
2 合肥工业大学 教育部IC设计网上合作研发中心， 合肥 230601
分析了数字下变频的原理，设计实现了能进行1、2、4、8等可选抽取倍数的高速数字下变频系统。对系统中的混频器和滤波器进行了优化设计。采用基4布斯编码和4-2压缩器，缩短混频器中的关键路径；引入基于Horner法则和子表达式共享的正则有符号数(CSD)编码，减小滤波器的硬件消耗。设计的数字下变频系统用于四通道、560 MHz 14位时间交织模数转换器(TIADC)，并基于FPGA完成功能验证。结果表明，当输入信号频率为380 MHz、抽取倍数为8时，I/Q两路信号的无杂散动态范围(SFDR)在90 dB以上。
数字下变频 半带滤波器 混频器 高速数据采集 digital down converter half-band filter mixer high speed data acquisition
1 中国电子科技集团公司第十三研究所，河北 石家庄 050051
2 专用集成电路国家级重点实验室，河北 石家庄 050051
基于最新研制的小阳极结反向并联肖特基二极管芯片，设计和制造了320~360 GHz固定调谐分谐波混频器。混频器的结构采用的是传统电场（E）面腔体剖分式结构：将二极管芯片倒装焊粘在石英基片上，再用导电银胶将石英电路悬置粘结在混频器下半个腔体上。电路设计采用场路相结合的方法：用场仿真软件建立混频电路各个功能单元的S参数模型，将它们代入非线性电路仿真软件中与二极管结相结合进行混频器性能整体仿真优化。最终测试结果表明，谐波混频器的双边带在4~6 mW的本振功率驱动下，在320~360 GHz超过12%带宽范围内，双边带变频损耗均小于9 dB；混频器在310~340 GHz频带范围内，双边带噪声温度最低为780 K。声温度最低为780 K。
固定调谐 谐波混频器 反向并联 变频损耗 fixed-tuned sub-harmonic mixer anti-parallel conversion loss 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220168
1 中国电子科技集团公司第五十四研究所, 石家庄 050000
2 河北省光子信息技术与应用重点实验室, 石家庄 050000
针对未来电子信息系统对超宽带信号高速并行处理的需求, 提出了一种可应用于光子超宽带信道化处理的相干光频梳产生方法, 利用非线性效应实现高重频多梳齿的相干光频梳产生, 并且重频及重频差可调谐。通过级联电光调制器产生初始相干光梳, 对波分解复用选定的种子梳齿进行注入锁定, 并通过非线性光纤、单模光纤及色散平坦光纤的组合模块对锁定后的梳齿复制和展宽, 得到了80 GHz和79.4 GHz高重频、平坦度3 dB以内20根梳齿的相干光频梳, 能够实现Q/V频段超宽带信号的接收处理, 为综合射频一体化、大容量卫星通信等应用宽频段覆盖、大瞬时带宽射频信号的接收处理提供支撑。
参量混频器 重复频率 相干光频梳 parametric mixer repetition rate coherent optical frequency comb
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程中心，吉林 长春 130022
为满足日益增长的通信容量需求，空分复用技术得到了快速发展，其中基于多平面光转换的模式复用及解复用混频器由于兼容模式多、插入损耗小等优点而成为了研究热点。为了简化相干通信接收端，本文提出了基于多平面光转换的拉盖尔高斯模解复用混频器，同时实现了模解复用和90°混频功能。本文首先提出拉盖尔高斯模解复用混频器的设计原理及参数定义，并采用基于角谱计算的波前匹配算法建立模解复用混频器模型。然后，基于模型仿真研究了正弦拉盖尔高斯模解复用混频器，仿真结果表明，所设计的混频器的插入损耗为－0.7020 dB，信号光与本振光的耦合系数大于0.89，端口相位差小于10.1°。之后，进一步分析了相位板数量及像素尺寸、工作波长等对输出性能的影响，结果发现：在不考虑相位板反射等外部损耗时，随着相位板数量增加(≥8)，插入损耗和模式相关损耗逐渐减小并趋于平稳；工作波长在1500～1600 nm范围时，耦合系数、端口均一性、插入损耗和模式相关损耗变化较小；像素尺寸在3.2～19.2 μm范围时，端口均一性和模式相关损耗变化较为平稳，耦合系数和插入损耗随着像素增大而恶化。最后，考虑到轨道角动量光束在空间光通信领域的广泛应用，在上述基础上进一步设计了轨道角动量光束的模解复用混频器，其性能满足应用要求。本研究结果表明：所提出的基于多平面光转换的拉盖尔高斯模及轨道角动量光束的模解解复用混频器可以同时实现模解复用和90°混频功能，性能较好，且具有较好的波长特性。本方案及仿真分析结果为空分复用技术中关键器件的设计提供了技术参考。
光通信 相干通信 多平面光转换 模解复用混频器 拉盖尔高斯模 轨道角动量
