集成微波光子滤波器研究进展（特邀）

恽斌峰; 胡国华; 史上清; 王鹏飞; 崔一平

doi:10.3788/gzxb20265503.0355103

Chinese

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

集成微波光子滤波器研究进展（特邀）

“微波光子学”专题 | 更新时间：2026-04-21

- 集成微波光子滤波器研究进展（特邀）
- Research Progresses of Integrated Microwave Photonic Filters （Invited）
- 光子学报 2026年55卷第3期页码：54-70
- 作者机构：
  
  东南大学电子科学与工程学院先进光子学中心，南京 210096
- 作者简介：
  
  恽斌峰，ybf@seu.edu.cn
  崔一平，cyp@seu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(62171118);国家重点研发计划(2018YFB2201800)
- DOI：10.3788/gzxb20265503.0355103
  中图分类号： TN256
- CSTR：32255.14.gzxb20265503.0355103
- 收稿：2025-11-19，
  
  修回：2025-12-25，
  
  录用：2026-01-21，
  
  纸质出版：2026-03-25
- 稿件说明：
移动端阅览
恽斌峰，胡国华，史上清，等. 集成微波光子滤波器研究进展（特邀）［J］.光子学报，2026，55（3）：0355103

YUN Binfeng， HU Guohua， SHI Shangqing， et al. Research Progresses of Integrated Microwave Photonic Filters （Invited）［J］. Acta Photonica Sinica， 2026， 55（3）：0355103
恽斌峰，胡国华，史上清，等. 集成微波光子滤波器研究进展（特邀）［J］.光子学报，2026，55（3）：0355103 DOI： 10.3788/gzxb20265503.0355103. CSTR： 32255.14.gzxb20265503.0355103.

YUN Binfeng， HU Guohua， SHI Shangqing， et al. Research Progresses of Integrated Microwave Photonic Filters （Invited）［J］. Acta Photonica Sinica， 2026， 55（3）：0355103 DOI： 10.3788/gzxb20265503.0355103. CSTR： 32255.14.gzxb20265503.0355103.

摘要

微波光子滤波器是一种将微波信号调制到光频域，并借助光电子器件在光域内对微波信号进行滤波的器件，相比于传统电学微波滤波器，其具有频率调谐范围大、频谱重构灵活以及抗电磁干扰等优势，在无线通信、雷达、电子战系统中具有广泛的应用前景。随着集成光电子技术的发展，微波光子滤波器也逐渐由分立光纤器件向集成化方向发展，以大幅减小体积、重量、功耗和成本。本文从集成微波光子滤波器的系统架构、工作原理以及性能出发，详细综述了非相干型和相干型集成微波光子滤波器的最新研究进展，分析了当前面临的技术难点与挑战，并对集成微波光子滤波器的未来发展趋势进行了展望。

Abstract

A Microwave Photonic Filter （MPF） is a device that filters microwave signals by first modulating them into the optical domain， then processing them using optoelectronic components. Compared to traditional electronic microwave filters， they exhibit advantages such as superior frequency tuning range， flexible spectrum reconfiguration， and inherent immunity to electromagnetic interference， etc. These benefits make MPFs highly promising for widespread applications in wireless communication， radar， and electronic warfare systems. With the advancement of integrated optoelectronic technologies， MPFs are progressively evolving from discrete fiber-optic devices towards integrated solutions. This transition aims to substantially reduce their size， weight， power consumption， and cost. In this review， firstly the system architectures and working principles of both incoherent and coherent integrated MPFs are presented. Subsequently， recent research advances in these two categories of MPFs are reviewed.

For incoherent integrated MPFs， multi-tap configurations are typically adopted， utilizing Finite Impulse Response （FIR） digital filter architectures rooted in discrete signal processing algorithms. Some key integrated optical components enabling dispersion-delayed sampling in multi-tap MPFs are given， such as integrated high-dispersion chips， multi-wavelength light sources， and spectral shaping chips. By adopting these functional chips into microwave photonic filter links， some MPFs with good frequency tuning capabilities and out-of-band RF suppression have been reported. But the limited number of taps and unattainable complex tap coefficients resulting in insufficient spectral reconstruction capability of the achieved incoherent MPFs. To date， only aforementioned integrated chips have been integrated into microwave photonic filter links， while other critical components still rely on discrete fiber-based devices. Incoherent MPFs with higher integration levels remain unreported in the literature.

For coherent integrated MPF， typically microwave signals are modulated onto a single-wavelength laser source， where various integrated optical filters are adopted to spectrally shape modulated optical signal， followed by down-conversion at a photodetector to convert optical domain filtering response into microwave domain. Various integrated optical components to construct coherent MPFs such as Micro-Ring Reson

ator （MRR）/Micro-Disk Resonator （MDR）， nonlinear As2S3 waveguide with Stimulated Brillouin Scattering （SBS）， photonic crystal cavity， microsphere， phase shifted waveguide Bragg grating， Surface Acoustic Wave （SAW） based on suspended waveguide have been reviewed. Based on these integrated optical components， various MPF link architectures to realized band-stop and band-pass MPFs have been introduced. Band-stop MPFs can be realized through optical-to-microwave mapping based on Optical Single Sideband （OSSB） modulation. Furthermore， by employing Radio Frequency （RF） cancellation techniques via Unbalanced Optical Double Sideband （UODSB） modulation， this approach can overcome the limitation imposed by optical filter’s extinction ratio on RF suppression performance and enables band-stop MPF with RF rejection ratio larger than 60 dB. On the other hand， Band-pass MPFs can be realized through either by optical carrier separation and re-entry techniques enabling direct one-to-one mapping of optical band-pass responses to the microwave domain， or phase-to-intensity conversion schemes that transform optical band-stop filtering into microwave band-pass responses. In addition， some technologies to enhance MPF's frequency resolution have been introduced， such as improving quality factors of MRR/MDR with mode manipulation， incorporating on-chip narrow-band SBS gain/loss spectra， adopting SiO

microsphere， etc. Up to date， frequency resolution down to about ten MHz have been demonstrated for band-pass and band-stop MPFs. Building on recent advances in integrated optical filters for MPF links， this work futher surveys highly integrated microwave photonic filter chips implemented on Thin-Film Lithium Niobate （TFLN）， Silicon-On-Insulator （SOI）， and indium phosphide （InP） platforms， providing a comparative analysis of their respective advantages and limitations.

Finally， quantitative comparative analysis of key performance metrics of the reported incoherent and coherent integrated MPFs have been given. Some key technical challenges in integrated MPFs， including the trade-offs between filter's bandwidth and frequency tuning range， insufficient noise figure/out-of-band RF rejection ratio/frequency stability， immature heterogeneous integration， and broadband photonic packaging solution with low crosstalk and high RF integrity. Moreover， an outlook on the future development trends of integrated MPF is presented.

关键词

Keywords

references

LIU Yang ， CHOUDHARY A ， MARPAUNG D ， et al . Integrated microwave photonic filters ［J］. Advances in Optics and Photonics ， 2020 ， 12 （ 2 ）： 485 - 555 .

CAPMANY J ， NOVAK D . Microwave photonics combines two worlds ［J］. Nature Photonics ， 2007 ， 1 （ 6 ）： 319 - 330 .

CAPMANY J ， ORTEGA B ， PASTOR D . A tutorial on microwave photonic filters ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2006 ， 24 （ 1 ）： 201 - 229 .

ZHOU Yi ， WANG Lin ， LIU Yifan ， et al . Microwave photonic filters and applications ［J］. Photonics ， 2023 ， 10 （ 10 ）： 1110 .

RITESH K ， PANKAJ K ， SANJEEV K R ， et al . Microwave photonic filter for fiber optic sensing applications： a review ［J］. IEEE Sensors Reviews ， 2025 ， 2 ： 537 - 554 .

MARPAUNG D ， ROELOFFZEN C ， HEIDEMAN RE ， et al . Integrated microwave photonics ［J］. Laser & Photonics Reviews ， 2013 ， 7 （ 4 ）： 506 - 538 .

MARPAUNG D ， YAO Jianping ， CAPMANY J . Integrated microwave photonics ［J］. Nature Photonics ， 2019 ， 13 （ 2 ）： 80 - 90 .

LI Ming ， HAO Tengfei ， PAN Shilong ， et al . Frontiers and prospects of integrated microwave photonics（invited）［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2021 ， 50 （ 7 ）： 20211048 .

李明，郝腾飞，潘时龙，等 . 微波光子集成及前沿展望（特邀）［J］. 红外与激光工程， 2021 ， 50 （ 7 ）： 20211048 . DOI: 10.3788/IRLA20211048 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA20211048

YUN Binfeng ， HU Guohua ， SHI Shangqing ， et al . Research progress in integrated microwave photonic chips （invited）［J］. Acta Photonica Sinica ， 2024 ， 44 （ 15 ）： 1513029 .

恽斌峰，胡国华，史上清，等 . 微波光子集成芯片研究进展（特邀）［J］. 光学学报， 2024 ， 44 （ 15 ）： 1513029 . DOI: 10.3788/AOS240983 http://dx.doi.org/10.3788/AOS240983

TAO Yuansheng ， WANG Xingjun ， HU Weiwei . Recent progresses of silicon integrated microwave photonic filters ［J］. Semiconductor Optoelectronics ， 2021 ， 42 （ 1 ）： 1 - 10 .

陶源盛，王兴军，胡薇薇 . 硅基微波光子滤波器的研究进展［J］. 半导体光电， 2021 ， 42 （ 1 ）： 1 - 10 . DOI: 10.16818/j.issn1001-5868.2021.01.001 http://dx.doi.org/10.16818/j.issn1001-5868.2021.01.001

YAO Jianping . Photonics to the rescue： A fresh look at microwave photonic filters ［J］. IEEE Microwave Magazine ， 2015 ， 16 （ 8 ）： 46 - 60 .

SANCHO J ， BOURDERIONNET J ， LLORET J ， et al . Integrable microwave filter based on a photonic crystal delay line ［J］. Nature Communications ， 2012 ， 3 （ 1 ）： 1075 .

XUE Xiaoxiao ， XUAN Yi ， HYOUNG J ， et al . Programmable single-bandpass photonic RF filter based on kerr comb from a microring ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2014 ， 32 （ 20 ）： 3557 - 3565 .

SHI Nuannuan ， ZHU Xinyi ， SUN Shuqian ， et al . Fast-switching microwave photonic filter using an integrated spectrum shaper ［J］. IEEE Photonics Technology Letters ， 2019 ， 31 （ 3 ）： 269 - 272 .

ZHANG Weifeng ， XU Yuwen ， WANG Bin . Chip-based widely tunable and independently switchable multiple narrow bandpass microwave photonic filters ［J］. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques ， 2025 ， 73 （ 8 ）： 5351 - 5362 .

MARPAUNG D ， MORRISON B ， PANT R ， et al . Si 3 N 4 ring resonator-based microwave photonic notch filter with an ultrahigh peak rejection ［J］. Optics Express ， 2013 ， 21 （ 20 ）： 23286 - 23294 .

ZHENG Pengfei ， HONG Hong ， LI Jing ， et al . Performances of microwave photonic notch filter based on microring resonator with dual-drive modulator ［J］. Photonics Journal ， IEEE， 2019 ， 11 （ 1 ）： 14 .

LIU Yang ， HOTTEN Jason ， CHOUDHARY Amol ， et al . All-optimized integrated RF photonic notch filter ［J］. Optics Letters ， 2017 ， 42 （ 22 ）： 4631 - 4634 .

LIU Yang ， MARPAUNG D ， CHOUDHARY A ， et al . Link performance optimization of chip-based Si 3 N 4 microwave photonic filters ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2018 ， 36 （ 9 ）： 4361 - 4370 .

LIU Xiaolong ， YU Yuan ， TANG Jianji ， et al . Silicon-on-insulator-based microwave photonic filter with narrowband and ultrahigh peak rejection ［J］. Optics Letters ， 2018 ， 43 （ 6 ）： 1359 - 1362 .

WEI Chuangchuang ， FENG Hanke ， YE Kaixuan ， et al . Programmable multifunctional integrated microwave photonic circuit on thin-film lithium niobate ［J］. Nature Communications ， 2025 ， 16 （ 1 ）： 2281 .

YU Hongchen ， CHEN Minghua ， GUO Qiang ， et al . All-Optical Full-Band RF Receiver Based on an Integrated Ultra-High-Q Bandpass Filter ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2016 ， 34 （ 2 ）： 701 - 706 .

LIU Yifan ， YU Yuan ， LIN Wang ， et al . Reconfigurable microwave photonic bandpass filter based on CROW ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2023 ， 42 （ 5 ）： 1597 - 1604 .

QIU Huaqing ， ZHANG Xinliang ， ZHOU Feng ， et al . A continuously tunable sub-gigahertz microwave photonic bandpass filter based on an ultra-high-Q silicon microring resonator ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2018 ， 36 （ 19 ）： 4312 - 4318 .

ZHANG Long ， HONG Shihan ， WANG Yi ， et al . Ultralow-loss silicon photonics beyond the singlemode regime ［J］. Laser & Photonics Reviews ， 2022 ， 16 （ 4 ）： 2100292 .

WANG Bin ， CHENG Yihao ， YU Weizhen ， et al . On-chip non-uniformly spaced multi-channel microwave photonic signal processor based on an ultrahigh-Q multimode micro-disk resonator ［J］. Optics Express ， 2023 ， 31 （ 14 ）： 23309 - 23324 .

WANG Pengfei ， CHENG Wei ， LU Mengjia ， et al . Investigating mode characteristics of an ultra-high Q silicon nitride micro-disk resonator and high resolution microwave photonic filtering ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2024 ， 43 （ 2 ）： 648 - 655 .

SONG Shijie ， CHEW S ， YI Xiaoke . Tunable single passband microwave photonic filter based on integrated optical double notch filter ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2018 ， 36 （ 19 ）： 4557 - 4564 .

CHENG Wei ， LIN Dongdong ， WANG Pengfei ， et al . Tunable bandpass microwave photonic filter with largely reconfigurable bandwidth and steep shape factor based on cascaded silicon nitride micro-ring resonators ［J］. Optics Express ， 2023 ， 31 （ 16 ）： 25648 - 25661 .

JIANG Hengyun ， YAN Lianshan ， MARPAUNG D . Chip-based arbitrary radio-frequency photonic filter with algorithm-driven reconfigurable resolution ［J］. Optics Letters ， 2018 ， 43 （ 3 ）： 415 - 418 .

LU Ziyang ， LI Jianchen ， WU Yunhao ， et al . Reconfigurable RF filter based on cascaded microring resonators ［J］. IEEE Photonics Journal ， 2023 ， 15 （ 3 ）： 5501006 .

VELAMURI A ， DAS B . Programmable silicon photonic RF filters with symmetric out-of-band rejection ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2023 ， 42 （ 5 ）： 1586 - 1596 .

TAO Yuansheng ， SHU Haowen ， WANG Xingjun ， et al . Hybrid-integrated high-performance microwave photonic filter with switchable response ［J］. Photonics Research 2021 ， 9 （ 8 ）： 1569 - 1580 .

TAO Zihan ， TAO Yuansheng ， JIN Ming ， et al . Highly reconfigurable silicon integrated microwave photonic filter towards next-generation wireless communication ［J］. Photonics Research ， 2023 ， 11 （ 5 ）： 682 - 694 .

YAN Hao ， XIE Yiwei ， ZHANG Long ， et al . Wideband-tunable on-chip microwave photonic filter with ultrahigh-Q U-bend-Mach-Zehnder-Interferometer-coupled microring resonators ［J］. Laser & Photonics Reviews 2023 ， 17 （ 11 ）： 2300347 .

GUO Xin ， LIU Yang ， YIN Tangman ， et al . Versatile silicon microwave photonic spectral shaper ［J］. APL Photonics ， 2021 ， 6 （ 3 ）： 036106 .

DAULAY O ， LIU Gaojian ， YE Kaixuan ， et al . Ultrahigh dynamic range and low noise figure programmable integrated microwave photonic filter ［J］. Nature Communications ， 2022 ， 13 （ 1 ）： 7798 .

BYRNES A ， PANT R ， LI Enbang ， et al . Photonic chip based tunable and reconfigurable narrowband microwave photonic filter using stimulated Brillouin scattering ［J］. Optics Express ， 2012 ， 20 （ 17 ）： 18836 - 18845 .

MARPAUNG D ， MORRISON B ， PAGANI M ， et al . Low-power， chip-based stimulated Brillouin scattering microwave photonic filter with ultrahigh selectivity ［J］. Optica ， 2015 ， 2 （ 2 ）： 76 - 83 .

CHOUDHARY A ， ARYANFAR I ， SHAHNIA S ， et al . Tailoring of the Brillouin gain for on-chip widely tunable and reconfigurable broadband microwave photonic filters ［J］. Optics Letters ， 2016 ， 41 （ 3 ）： 436 - 439 .

PARIHAR R ， LAI C ， ZHANG Ziqian ， et al . On-chip power efficient MHz to GHz tunable Brillouin microwave photonic filters ［J］. APL Photonics ， 2025 ， 10 （ 1 ）： 010803 .

LONG Yun ， XIA Jinsong ， ZHANG Yong ， et al . Photonic crystal nanocavity assisted rejection ratio tunable notch microwave photonic filter ［J］. Scientific Reports ， 2017 ， 7 （ 1 ）： 40223 .

YU Bei ， CHEN Yongchao ， PAN Jingshun ， et al . Silica-microsphere-cavity-based microwave photonic notch filter with ultra-narrow bandwidth and high peak rejection ［J］. Optics Letters ， 2019 ， 44 （ 6 ）： 1411 - 1414 .

PORZI C ， REZA M ， GHELFI P ， et al . Silicon-on-Insulator microwave photonic filter with widely tunable and reconfigurable flat-top bandpass functionality ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2022 ， 40 （ 20 ）： 6666 - 6675 .

KATZMAN M ， MUNK D ， PRIEL M ， et al . Surface acoustic microwave photonic filters in standard silicon-on-insulator ［J］. Optica ， 2021 ， 8 （ 5 ）： 697 - 707 .

XIE Yiwei ， YAN Hao ， WANG Zexu ， et al . Ultra-wideband tunable thin-film lithium-niobate-on-insulator microwave photonic filter ［J］. ACS Photonics ， 2025 ， 12 （ 3 ）： 1689 - 1697 .

YAN Yuan ， YUE Hengsong ， XIONG Bo ， et al . Wideband tunable integrated microwave photonic filter with dual output on thin-film lithium niobate ［J］. Optics Letters ， 2025 ， 50 （ 17 ）： 5322 - 5325 .

GARRETT M ， LIU Yang ， MERKLEIN M ， et al . Integrated microwave photonic notch filter using a heterogeneously integrated Brillouin and active-silicon photonic circuit ［J］. Nature Communications ， 2023 ， 14 （ 1 ）： 7544 .

ZHANG Weifeng ， YAO Jianping . On-chip silicon photonic integrated frequency-tunable bandpass microwave photonic filter ［J］. Optics Letters ， 2018 ， 43 （ 15 ）： 3622 - 3625 .

FANDINO J ， MUNOZ P ， DOMENECH D ， et al . A monolithic integrated photonic microwave filter ［J］. Nature Photonics ， 2016 ， 11 （ 2 ）： 124 - 129 .

JIANG Hengyun ， YAN Lianshan ， MARPAUNG M . Chip-based arbitrary radio-frequency photonic filter with algorithm-driven reconfigurable resolution ［J］. Optics Letters ， 2018 ， 43 （ 3 ）： 415 - 418 .

LI Jiachen ， LIU Zunlong ， GENG Qiang ， et al . Method for suppressing the frequency drift of integrated microwave photonic filters ［J］. Optics Express ， 2019 ， 27 （ 23 ）： 33575 - 33585 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于微波光子学的先进超视距通信技术研究（特邀）

基于光子学扩频相位编码的通感测一体化技术（特邀）

基于光循环移频环的可重构微波光子滤波器

基于电吸收调制激光器的双功能微波光子系统

基于色散调谐主动锁模技术的频率偏移测量方法