集成微波光子技术通过微波光子器件的集成，可显著降低微波光子系统的体积、质量和功耗，是微波光子学的主要发展方向之一。《集成微波光子技术》系统介绍集成微波光子芯片的原理设计、芯片制备和封装测试技术，并对面向微波光子信号产生、处理和传输等不同功能的集成微波光子芯片的研究进展进行了详细的梳理和总结。

目录
丛书序
序
前言
第1章 绪论 1
参考文献 5
第2章 微波光子学基础 7
2.1 引言 7
2.2 微波光子链路 7
2.3 微波光子技术的主要应用 12
2.3.1 微波光子信号产生技术 12
2.3.2 微波光子滤波 17
2.3.3 光子真时延与波束成形 20
2.3.4 微波光子频谱侦测 21
2.3.5 基于微波光子的模数转换 22
参考文献 24
第3章 微波光子器件与集成技术 30
3.1 引言 30
3.2 半导体激光器与激光阵列 30
3.2.1 半导体激光器基本原理 31
3.2.2 波分复用技术与多波长激光阵列.33
3.2.3 大规模重构–等效啁啾精准激光器阵列 .36
3.3 电光调制器 41
3.3.1 铌酸锂薄膜电光调制器 42
3.3.2 III-V族电光调制器 52
3.3.3 硅基电光调制器 61
3.4 光电探测器 74
3.4.1 探测器芯片的基本概念 74
3.4.2 光电探测器基本结构与工作原理.76
3.4.3 UTC探测器芯片 80
3.5 集成无源光器件 85
3.5.1 光学波导理论 85
3.5.2 合分波波导 92
3.5.3 微环滤波器 99
3.5.4 马赫–曾德尔滤波器 104
3.5.5 波导布拉格光栅 106
3.5.6 阵列波导光栅 110
3.6 集成微波光子器件封装 113
3.6.1 异质异构集成技术 113
3.6.2 半导体激光器的封装 128
3.6.3 电光调制器的封装 136
3.6.4 光电探测器的封装 150
参考文献 152
第4章 集成微波光子信号产生芯片 162
4.1 引言 162
4.2 集成化光电振荡器 162
4.2.1 光电振荡器的基本原理 162
4.2.2 单材料体系集成化光电振荡器 169
4.2.3 混合集成光电振荡器 171
4.3 集成化任意波形产生芯片 173
4.3.1 任意波形产生的基本原理 173
4.3.2 线性调频信号产生芯片 174
4.3.3 复杂波形产生芯片 175
4.4 光外差信号产生芯片175
4.4.1 光外差法的基本原理 175
4.4.2 基于光注入的光外差信号产生芯片 177
参考文献 184
第5章 微波光子信号传输 189
5.1 引言 189
5.2 高速光发射与接收模块 191
5.2.1 光发射模块的设计和封装 191
5.2.2 光发射模块关键特性测试与分析 195
5.2.3 基于光发射模块的高速光传输 200
5.3 大动态微波光子射频前端 204
5.3.1 微波光子射频前端基本原理 204
5.3.2 微波光子射频前端的测试结果 207
5.4 稳时稳相传输 214
5.4.1 微波光子稳时稳相传输基本原理 214
5.4.2 主动相位补偿 215
5.4.3 被动相位补偿 218
参考文献 226
第6章 微波光子信号处理芯片 230
6.1 引言 230
6.2 集成微波光子滤波器231
6.2.1 集成非相干微波光子滤波器 233
6.2.2 集成相干微波光子滤波器 237
6.2.3 先进集成微波光子滤波器 244
6.3 可编程微波光子信号处理芯片.244
6.3.1 时间积分器 245
6.3.2 时间微分器 246
6.3.3 希尔伯特变换器 247
6.4 光计算芯片 247
6.4.1 基于光的衍射的光计算芯片 249
6.4.2 基于光的干涉的光计算芯片 249
6.4.3 基于波分复用的光计算芯片 252
6.5 通用光子信号处理器254
6.5.1 前向网络 254
6.5.2 循环网络 255
6.5.3 应用 256
参考文献 258
第7章 集成光延迟线与波束成形 266
7.1 引言 266
7.2 共振式光延迟线 266
7.2.1 微环谐振器光延迟线 266
7.2.2 光栅光延迟线 273
7.3 多波导切换式光延迟线 281
7.3.1 多位可重构型光真延迟线 281
7.3.2 环路存储型光延迟线 287
7.4 波束成形 288
参考文献 289
第8章 频谱感知芯片 291
8.1 引言 291
8.2 硅基频谱感知芯片 293
8.2.1 基于硅基微环谐振器的频谱感知芯片 293
8.2.2 基于硅基相移波导布拉格光栅的频谱感知芯片 295
8.2.3 基于片上四波混频的频谱感知芯片 295
8.2.4 性能优化的硅基频谱感知芯片 298
8.3 基于其他材料体系的频谱感知芯片 308
8.3.1 磷化铟基频谱感知芯片 308
8.3.2 氮化硅基频谱感知芯片 309
8.3.3 硫化物频谱感知芯片 310
8.3.4 混合集成频谱感知芯片 311
参考文献 312
第9章 微波光子多功能系统集成芯片 314
9.1 引言 314
9.2 集成微波光子变频技术 314
9.2.1 微波光子变频技术的基本原理 314
9.2.2 集成微波光子变频芯片 315
9.3 集成微波光子数模转换 319
9.3.1 微波光子数模转换的基本原理 319
9.3.2 集成微波光子数

第1章绪论
　　微波光子学（microwavephotonics，MWP）是融合了微波（射频）技术和光子技术的新兴交叉学科，基于光域实现对髙频宽带微波信号的产生、处理、传输及接收，以此为基础实现微波光波融合系统。微波光子技术充分发挥了无线灵活泛在接入和光纤宽带低耗传输的优势，可以实现单纯无线技术和光纤技术难以完成甚至无法完成的信息接入、处理与传输组网功能，具有带宽大、传输损耗低、质量轻、快速可重构及抗电磁干扰等优点，是未来信息处理与接入的必然发展趋势与有效解决途径。随着相关技术的发展，微波光子学在通信、传感、生物、医学、军事和安全等不同领域都可望凸显优势，尤其在5G/6G/B6G移动通信与无线接入、多波束光控相控阵雷达以及电子战系统中有着广阔的应用前景。
　　如图1-1所示，一个典型的微波光子系统主要由激光器光源、电光调制器、信号处理单元和光电探测器组成[4]:从天线或射频源产生的频率为/RF的射频输入信号将光源输出的光谱信号上变频为光频率信号，调制后会在频率为〃士/RF处形成一对边带，其中〃是光源的中心频率。合成的光信号随后被光信号处理器系统处理以修改其边带的光谱特性。*后，使用光电探测器通过与光学载波拍频，对边带信号进行下变频处理，就可以恢复出被处理的射频信号。
　　在经历了几十年的发展后，微波光子学在理论方法和系统方案层面都已取得了长足的进步与发展。微波光子系统可以用来实现如天线遥感、微波光子滤波、微波光子信号产生、频谱侦测与感知、真时延、移相、波束形成、数模转换和微波光子雷达等诸多功能。
　　目前，微波光子系统仍然以分立器件为主，通常是利用分立的光电器件、标准尺寸的光纤以及光纤器件实现的。传统光电器件和光纤器件通常十分笨重、昂贵且功耗高，导致搭建的微波光子系统十分笨重，不够轻便灵活，因此导致应用场景受限。为了推广微波光子系统，必须使系统的体积、质量、功耗下降，同时也要使系统有可重构性与灵活性，以满足各种场合的应用要求[4]。
　　基于上述目标，人们开始研究集成微波光子学。顾名思义，集成微波光子学致力于将微波光子器件小型化，集成到光学芯片上，从而使得系统的体积、质量、功耗下降。作为目前微波光子技术发展的主要方向之一，集成化也是微波光子技术走向实用化的前提，以满足未来无线通信、仪器仪表、航空航天及国防等领域应用对带宽、安全性、探测精度、测量范围、体积、质量、功耗等的要求。
　　微波光子集成芯片研究大致分为建模与设计、流片与封测、验证与实用化三个阶段。针对建模与设计平台、流片与封测阶段，目前欧美已联合构建了基本完善的仿真与设计工具软件体系、流片工艺平台与测试封装平台，并依托这些联合平台开发了一系列微波光子集成芯片，集成芯片即将替代微波光子系统中部分分立器件进入实用化阶段。目前我国仿真与设计的自主工具软件几乎为空白，而在芯片制备和封测方面，国内的工艺平台在数量、水平以及完整性方面与国外仍有较大差距，同时也缺乏较为完整的微波光子芯片测试封装研发平台。
　　集成微波光子系统的研究包含架构设计、芯片制备、封装测试等，是一个非常复杂的系统性工程，难以由少数几个单位完成。目前国际上大多采用类似集成电路的发展模式，设立专门机构从事芯片加工、封装技术的研究，采用多项目晶圆的模式进行流片。欧盟和美国都已围绕微波光子集成芯片与器件构建了从芯片设计、制造、测试到封装的一体化研发平台，同时也成立了完善的研发机构联盟。
　　美国国防高级研究计划局（Defense Advanced ResearchProjects Agency，DARPA）在2005年推出EPIC（Electronic and Photonic Integrated Circuits）计划，研究桂基光电集成回路，并于2007年开始实施UNIC（Ultraperformance Nanophotonic Intrachip Communication）计划，继续对髙性能硅基集成光互连进行研发。2015年成立的美国集成光子制造研究所（AIMPhotonics）旨在开发新型快速的光子集成制造技术和工艺方法，促进光子集成电路的设计、封装、测试与互连，构建从基础研究到产品制造的全产业链集成光子学生态平台，以解决高动态范围、超低损耗、宽带光子集成芯片和微波频率电集成芯片的大规模制造等难题。AIMPhotonics由多家公司、综合性大学、学院和非营利组织构成。欧盟的JePPIX和ePIXfab也打通了芯片设计、制造、封装与测试流程，实现了一体化的微波光子集成芯片与器件研发平台。
　　在面向雷达系统的集成微波光子技术研究方面，美国、欧洲、日本、俄罗斯等国家和地区均开展了研究，其中意大利国家光子技术研究中心基于光子学的全数字雷达系统PHODIR（photonics-based fully digital radar system）项目于2009年年底启动，该中心研制出*台全数字微波光子雷达系统，现已在微波光子雷达技术方面处于****地位。而后在2015年2月，PHODIR项目小组基于一个锁模激光器（mode-locked laser，MLL）将激光雷达系统和微波光子雷达系统