[論文レビュー] Microwave photonic filters via radio frequency bandwidth scaling based on soliton crystal optical micro-combs

Xingyuan Xu, Mengxi Tan+7 more|Figshare|Mar 30, 2019

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 55被引用数 25

ひとこと要約

本論文では、統合されたマイクロリングレゾネータ内のソリトン結晶光的マイクロコンブを用いた再構成可能なマイクロ波フォトニックフィルタを提案する。熱的チューニングにより、L帯からKu帯（3.28–19.4 GHz）にわたり、高RF帯域幅（4.64 GHz）と高分解能（117 MHz）を実現し、プログラマブルなRF伝達関数を実現する。これにより、傾きが可変なノッチフィルタやイコライジングフィルタを含む、柔軟で高性能なRFスペクトル形状調整ソリューションが提供される。

ABSTRACT

We demonstrate high-resolution photonic RF filters using an RF bandwidth scaling approach based on integrated Kerr optical micro-combs. By employing both an active nonlinear micro-ring resonator (MRR) as a high-quality micro-comb source and a passive high-Q MRR to slice the shaped comb, a large RF instantaneous bandwidth of 4.64 GHz and a high resolution of 117 MHz are achieved, together with a broad RF operation band covering 3.28 to 19.4 GHz (L to Ku bands) using thermal tuning. We achieve programmable RF transfer functions including binary-coded notch filters and RF equalizing filters with reconfigurable slopes. Our approach is an attractive solution for high performance RF spectral shaping with high performance and flexibility.

研究の動機と目的

• 先進的なRF信号処理を目的とした高性能で再構成可能なマイクロ波フォトニックフィルタの開発。
• 広帯域瞬時帯域幅と高分解能を備えた統合フォトニクスプラットフォームを活用することで、従来のRFフィルタの限界を克服すること。
• 光学マイクロコンブの動的チューニングにより、ノッチフィルタやイコライジングフィルタを含むプログラマブルなRF伝達関数を実現すること。
• シリコンナイトライドプラットフォームにおけるソリトン結晶光的マイクロコンブを用いたスケーラブルでチップ統合型のRFスペクトル形状調整の実証。
• 熱的チューニングを用いて、広い動作帯域（3.28–19.4 GHz）と高い周波数分解能（117 MHz）を達成すること。

提案手法

• 高品質なソリトン結晶光的マイクロコンブを生成するため、アクティブな非線形マイクロリングレゾネータ（MRR）を用いる。
• フィルタリングのためのスプライシングとスペクトル形状調整に、パassiveな高Q MRRを用いる。
• L帯からKu帯（3.28–19.4 GHz）にわたり、フィルタ応答を動的に再構成可能な熱的チューニングを適用する。
• コンブ形状の最適化によりRF帯域幅スケーリングを実現し、高瞬時RF帯域幅（4.64 GHz）を達成する。
• マイクロコンブのスペクトルラインを光信号処理のキャリアとして用い、プログラマブルな伝達関数を実現する。
• バイナリコード化されたノッチフィルタや傾きが可変なイコライジングフィルタを含む、再構成可能なフィルタ応答を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソリトン結晶光的マイクロコンブは、統合プラットフォーム上で高分解能で広帯域のマイクロ波フォトニックフィルタを実現可能か？
• RQ2 コンブ形状の最適化によるRF帯域幅スケーリングは、高瞬時帯域幅と高周波数分解能の両方を達成できるか？
• RQ3 熱的チューニングは、L帯からKu帯（3.28–19.4 GHz）にわたり、どの程度再構成性を実現できるか？
• RQ4 このマイクロコンブベースのアプローチにより、ノッチフィルタやイコライジングフィルタを含むプログラマブルなRF伝達関数を実現できるか？
• RQ5 チップ統合フォトニクスフィルタにおいて、RF帯域幅、分解能、動作範囲の間で達成可能なトレードオフは何か？

主な発見

• システムは4.64 GHzの瞬時RF帯域幅を達成し、高スルーレートのRF信号処理を可能にする。
• 117 MHzの周波数分解能が達成され、精密なスペクトルフィルタリングが可能になる。
• 動作RF帯域は3.28 GHzから19.4 GHzにわたり、L帯とKu帯をカバーする。
• 熱的チューニングにより、L帯からKu帯の全範囲にわたりフィルタ応答の完全な再構成が可能になる。
• バイナリコード化されたノッチフィルタや傾きが再構成可能なイコライジングフィルタを含む、プログラマブルなRF伝達関数が実験的に実証された。
• ソリトン結晶マイクロコンブを用いたコンactなチップ統合フォトニクスプラットフォームにおいて、高い性能と柔軟性が示された。