相变材料驱动的高效任意波形生成光子数模转换器

本文主要探讨了一种创新的光子数模转换器（Photonic Digital-to-Analog Converter, PDAC）设计，该设备采用相变材料（Phase Change Materials, PCMs）和电光调谐微环谐振器（Electro-Optic Tuning Microring Resonators, MRs）的结合。相变材料的可编程特性被集成在光波导中，这一特性使得PDAC能够同时处理不同波长的光信号，实现了高效的能量管理和功率补偿。通过电光效应，MRs可以根据数字信号的变化调整其共振特性，从而实现数字信号向模拟信号的精确转换。 在设计上，研究者特别关注了数据速率和非线性性能。在Ansys Lumerical仿真平台上，研究人员对4-bit PDAC进行了详细的25GSa/s速率下的性能评估。结果显示，这种结构能够达到3.63位的有效比特数，这意味着它能够准确地再现输入的数字信息。最大积分非线性（INL）达到了0.88个二进制最小步长（BLSB），这是衡量转换器线性性能的重要指标，较低的INL意味着更接近理想的线性响应。而最大微分非线性（DNL）则为0.35BLSB，这表明输出波形的精度得到了很好的控制。 此外，该PDAC展示了广泛的波形生成能力，包括方波、锯齿波、三角波和正弦波等，这些波形与理想的波形相比具有较小的误差。这意味着该系统不仅适用于高速数据传输，还能够作为高性能的任意波形发生器（AWG），在信号处理和通信系统中有广泛应用。 这项研究提出了一种具有高效、高精度和多功能性的光子数模转换技术，对于推动光电子领域的创新，特别是在高速数据处理和信号生成方面，具有重要的理论价值和实践意义。随着技术的进一步发展，这种基于相变材料的PDAC有可能成为未来信息技术中的关键组件。