[논문 리뷰] Hilbert Transform based Quadrature Hybrid RF Photonic Coupler via a Micro-Resonator Optical Frequency Comb Source

Thach G. Nguyen, Mehrdad Shoeiby외 5명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 06.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 33인용 수 32

한 줄 요약

이 논문은 광주파수 조합을 이용한 마이크로 공진기 기반 광주파수 조합을 사용하여 광학적 인-phase 및 quadrature-phase 마이크로파 신호를 생성하는 광학적 RF 힐버트 변환기를 제안한다. CMOS 호환 플랫폼에서 고 품질, 넓은 간격의 조합선을 활용함으로써, 시스템은 근사 일관된 위상 응답을 갖는 5오크트브 이상(3 dB)의 대역폭을 달성하며, quadrature 하이브리드 생성을 위한 최대 20탭 필터링을 구현한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 인-phase 및 quadrature-phase 신호 생성을 위한 컴act하고 광범위한 대역폭의 광학적 RF 커플러 개발.
• 기존의 RF 광학 하이브리드의 제한된 대역폭과 위상 비균일성 문제 해결.
• 향상된 필터 응답을 위해 마이크로링 공진기를 이용한 고 품질, 넓은 간격의 광주파수 조합 활용.
• 힐버트 변환기 아키텍처를 통해 평탄한 위상 응답과 넓은 운영 대역폭 달성.
• 통합 마이크로파 광학 기술을 위한 확장 가능하고 CMOS 호환성 있는 솔루션 제공.

제안 방법

• 고 인덱스 대비, 도핑된 실리카 유리 기반 플랫폼에 제작된 비선형 마이크로링 공진기를 사용하여 광주파수 조합을 생성한다.
• 조합의 고 품질 인덕터 및 큰 자유 스펙트럼 범위 덕분에 정밀하고 넓은 간격의 광주파수 톤을 확보하여 필터링에 적합하다.
• 조합선을 활용해 진폭 및 위상 제어를 통해 힐버트 변환기를 실현하고, 이로써 사차원 신호를 생성한다.
• 광학 필터 아키텍처는 최대 20탭을 사용하여 5오크트브 이상의 광범위한 대역폭에 걸쳐 응답을 확보한다.
• 조합의 스펙트럼 특성을 활용하여 전체 대역폭에 걸쳐 거의 균일한 위상 응답을 달성한다.
• 설계는 통합되어 있으며 CMOS 공정과 호환되어 확장성과 소형화를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마이크로 공진기 기반 광주파수 조합은 넓은 대역폭과 평탄한 위상 응답을 갖는 광학적 힐버트 변환기를 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 이 조합 기반 접근법을 사용한 광학적 RF 커플러의 최대 구현 가능한 대역폭은 얼마인가?
• RQ3 사차원 신호 생성을 위해 조합의 스펙트럼선을 통해 효과적으로 실현할 수 있는 필터 탭 수는 몇 개인가?
• RQ4 조합의 품질 인자 및 자유 스펙트럼 범위가 시스템 성능에 미치는 영향은 어느 정도인가?
• RQ5 이 아키텍처는 CMOS 호환 플랫폼에서 5오크트브 대역폭 범위에 걸쳐 거의 균일한 위상 응답을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 시스템은 사차원 필터 응답에 대해 5오크트브 이상(3 dB)의 대역폭을 입증하여 기존의 RF 광학 하이브리드를 초월한다.
• 힐버트 변환기는 전체 운영 대역폭에 걸쳐 거의 균일한 위상 응답을 달성한다.
• 마이크로링 공진기에서 유도된 고 품질, 넓은 간격의 조합선을 사용해 최대 20탭의 필터를 실현하였다.
• CMOS 호환성 있는 고 인덱스 대비 도핑된 실리카 유리 기반 플랫폼은 안정적이고 저손실의 조합 생성을 가능하게 하였다.
• 최소한의 위상 왜곡을 동반한 광범위한 인-phase 및 quadrature-phase 마이크로파 신호 생성을 달성하였다.
• 실험 결과는 통합 광주파수 조합을 고성능 광학 RF 신호 처리에 활용할 수 있음을 확인하였다.