[論文レビュー] Hilbert Transform based Quadrature Hybrid RF Photonic Coupler via a Micro-Resonator Optical Frequency Comb Source

Thach G. Nguyen, Mehrdad Shoeiby+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2015

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 33被引用数 32

ひとこと要約

本稿では、マイクロレゾネータを用いた光周波数コンブを用いて、広帯域の同調および正交位相マイクロ波信号を生成する光子的RFヒルベルト変換器を提案する。CMOS互換プラットフォーム上で高品質で広く間隔を空けたコンブラインを活用することで、近似的に均一な位相応答を実現し、5オクターブ以上（3 dB）の帯域幅を達成した。正交混合器生成に最大20タップのフィルタリングを実現した。

ABSTRACT

We demonstrate a photonic RF Hilbert transformer for broadband microwave in-phase and quadrature-phase generation based on an integrated frequency optical comb, generated using a nonlinear microring resonator based on a CMOS compatible, high-index contrast, doped-silica glass platform. The high quality and large frequency spacing of the comb enables filters with up to 20 taps, allowing us to demonstrate a quadrature filter with more than a 5-octave (3 dB) bandwidth and an almost uniform phase response.

研究の動機と目的

• 同調および正交位相信号生成のためのコンactで広帯域なフォトニックRFカップラーの開発。
• 従来のRFフォトニックハイブリッドの帯域幅制限および位相非一様性の課題を克服すること。
• 高品質で広く間隔を空けた光周波数コンブを用いて、強化されたフィルタ応答を実現すること。
• ヒルベルト変換器アーキテクチャを用いて平坦な位相応答と広い動作帯域幅を達成すること。
• 統合マイクロ波フォトニクスのためのスケーラブルでCMOS互換のソリューションを実現すること。

提案手法

• 非線形マイクロリングレゾネータを、高屈折率対比でドーピングされたシリカガラス基板上にフォトリソグラフィで形成し、光周波数コンブを生成する。
• コンブの高いQファクタと大きな自由スペクトル範囲により、フィルタリングに適した精密で広く間隔を空けた光的トーンが得られる。
• コンブラインを用いてヒルベルト変換器を実装し、振幅および位相制御により正交信号を生成する。
• フォトニックフィルタ構造は最大20タップを採用し、5オクターブを超える広帯域応答を実現する。
• コンブのスペクトル特性を活用することで、帯域全体にわたりほぼ均一な位相応答を達成する。
• 設計は統合可能であり、CMOSプロセスと互換性があるため、スケーラビリティと小型化が可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マイクロレゾネータを用いた光周波数コンブは、広帯域および平坦な位相応答を有するフォトニックヒルベルト変換器を実現可能か？
• RQ2 このコンブベースのアプローチを用いたフォトニックRFカップラーの最大達成帯域幅は何か？
• RQ3 正交信号生成に用いるコンブのスペクトルラインを用いて、実際に実現可能なフィルタータップ数はいくつか？
• RQ4 コンブのQファクタおよび自由スペクトル範囲は、システム性能にどの程度の影響を及えるか？
• RQ5 このアーキテクチャは、CMOS互換プラットフォーム上で5オクターブ帯域幅にわたりほぼ均一な位相応答を達成できるか？

主な発見

• システムは、正交フィルタ応答に対して5オクターブ以上（3 dB）の帯域幅を実証し、従来のRFフォトニックハイブリッドを上回った。
• ヒルベルト変換器は、全動作帯域にわたりほぼ均一な位相応答を達成した。
• マイクロリングレゾネータから得られる高品質で広く間隔を空けたコンブラインを用いて、最大20タップのフィルタリングを実現した。
• CMOS互換で高屈折率対比のドーピングシリカガラス基板により、安定的で低損失のコンブ生成が可能になった。
• 位相歪みを最小限に抑えた広帯域の同調および正交位相マイクロ波信号生成が達成された。
• 実験結果により、統合光周波数コンブを用いた高性能フォトニックRF信号処理の実現可能性が確認された。