[論文レビュー] Terahertz bandwidth integrated radio frequency spectrum analyzer via nonlinear optics

Marcello Ferrera, Christian Reimer+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2014

Advanced Fiber Laser Technologies被引用数 23

ひとこと要約

本稿では、4 cmのドーピングされたシリカガラス波guidedを用いたコンactで、すべての光技術による無線周波数スペクトルアナライザーを提案している。この装置は2.5 THzを超える帯域幅を達成し、400 GHzに達する超高反復周波数のモードロックレーザーのリアルタイム特性評価を可能にし、従来の手法では検出できない動的ノイズ行動を明らかにした。

ABSTRACT

We report an integrated all-optical radio frequency spectrum analyzer based on a ~ 4cm long doped silica glass waveguide, with a bandwidth greater than 2.5 THz. We use this device to characterize the intensity power spectrum of ultrahigh repetition rate mode-locked lasers at repetition rates up to 400 GHz, and observe dynamic noise related behavior not observable with other techniques.

研究の動機と目的

• 超広帯域を有するコンパクトで統合されたすべての光技術によるRFスペクトルアナライザーの開発を目的とする。
• 超高反復周波数のモードロックレーザーの高分解能特性評価を可能にする。
• 従来の技術では解像できないRF信号内の動的ノイズ行動を検出する。
• 非線形光混合を用いた統合シリカ波guidedにおけるRF信号解析の実現可能性を示す。

提案手法

• 非線形混合のための非線形媒質として、4 cmのドーピングされたシリカガラス波guidedを用いる。
• 入力信号として、連続波（CW）レーザー源と最大400 GHzの反復周波数を持つモードロックレーザーを用いる。
• 波guided内で四波混合（FWM）を実行し、RF信号を光的ビート信号にダウンコンバートする。
• スペクトル分解能を持つ光検出システムを用いて、光的ビート信号からRFパワー スペクトルを測定する。
• 波guidedの非線形係数および分散特性を活用して、広帯域応答を達成する。
• 高速フォトダイオードと電気的スペクトルアナライザーを用いて、光信号からRFスペクトルを再構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンパクトで統合された波guidedベースのシステムは、RFスペクトル解析においてテラヘルツ帯域幅を達成できるか？
• RQ2 シリカ波guidedにおける非線形光混合は、超高反復周波数RF信号内の動的ノイズを解像できるか？
• RQ3 このすべての光技術的手法を用いて分析可能な最大のRF帯域幅と反復周波数は何か？
• RQ4 帯域幅と分解能の観点から、この統合システムは従来の電子的スペクトルアナライザーと比べてどのように性能を発揮するか？
• RQ5 このシステムは、従来の観測では得られなかった高反復周波数レーザーにおける動的ノイズ行動を検出できるか？

主な発見

• 装置は2.5 THzを超えるRF帯域幅を達成し、400 GHzまでの信号分析が可能となった。
• システムは、反復周波数が400 GHzに達するモードロックレーザーの強度パワー スペクトルを正常に特徴づけた。
• 従来の電子的スペクトルアナライザーでは検出できないRFスペクトル内の動的ノイズ行動が観測された。
• すべての光技術的手法により、電子信号のロールオフの制限がないリアルタイムで高帯域幅の分析が可能となった。
• コンパクトで統合されたドーピングされたシリカ波guidedの使用は、超広帯域RFスペクトルセンシングのスケーラブルで実用的なソリューションを示した。
• 測定されたRFスペクトルには、レーザーのダイナミクスに関連するサイドバンドとノイズ特徴が確認され、システムの時間的不安定性への感受性が裏付けられた。