[논문 리뷰] Microwave and RF signal processing based on integrated soliton crystal optical microcombs

Xingyuan Xu, Mengxi Tan외 4명|Figshare|2019. 09. 07.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 37인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 광학 마이크로콤을 이용한 통합 솔리톤 결정 구조를 제안하여 광학 마이크로파 및 RF 신호 처리를 위한 컴act하고 재구성 가능한 플랫폼을 제공한다. 칩 내에 구현된 넓은 대역폭과 다중 파장 주파수 조합을 활용함으로써 진정한 시간 지연, 토글 가능한 필터, 힐버트 변환기, 미분기 및 채널화 장치를 실현할 수 있으며, 높은 스펙트럼 효율성과 넓은 니크베스트 대역폭을 제공하여 통합 RF 포토닉스 응용 분야에서 큰 잠재력을 보여준다.

ABSTRACT

Microcombs are powerful tools as sources of multiple wavelength channels for photonic RF signal processing. They offer a compact device footprint, large numbers of wavelengths, and wide Nyquist bands. Here, we review recent progress on microcomb-based photonic RF signal processors, including true time delays, reconfigurable filters, Hilbert transformers, differentiators, and channelizers. The strong potential of optical micro-combs for RF photonics applications in terms of functions and integrability is also discussed.

연구 동기 및 목표

• 솔리톤 결정 광학 마이크로콤을 활용한 컴팩트하고 통합된 광학 마이크로파 및 RF 신호 처리 플랫폼을 개발하기 위해.
• 대규모 또는 분리된 RF 포토닉 시스템의 한계를 극복하기 위해 칩 내 통합을 통해 소형화 및 확장성을 실현하기 위해.
• 단일 마이크로콤 소스를 통해 진정한 시간 지연, 재구성 가능한 필터, 미분기 등 다양한 RF 신호 처리 기능을 구현하기 위해.
• 미래형 RF 포토닉스 시스템을 위한 마이크로콤의 功能 유연성과 통합 가능성 평가하기 위해.
• 고속 다중채널 RF 신호 조작이 가능하며 저전력 소비와 높은 스펙트럼 효율성을 갖춘 솔리톤 결정 마이크로콤의 실현 가능성 확립하기 위해.

제안 방법

• 단일 칩에 다수의 광채널에서 연속적이고 넓은 대역폭 주파수 조합을 생성하는 통합 솔리톤 결정 광학 마이크로콤을 활용한다.
• 마이크로콤의 넓은 자유 스펙트럼 범위와 높은 채널 수를 활용해 동시에 여러 RF 신호 처리 기능을 지원한다.
• 포토닉 신호 처리 아키텍처에서 다중 파장 로컬 오실레이터 또는 신호 소스로 마이크로콤을 활용한다.
• 마이크로콤의 선들 간 간섭 및 위상 제어를 통해 막스-지너더 또는 간섭계 구조에서 시간 지연 및 필터링 기능을 실현한다.
• 스펙트럼 형상 조절 및 위상 공학을 통해 마이크로콤 스펙트럼 전역에 걸쳐 설계된 전달 함수를 통해 힐버트 변환기 및 미분기를 실현한다.
• 마이크로콤의 스펙트럼 형상과 위상 프로파일을 동적으로 조정함으로써 재구성 가능성을 입증하고, 필요에 따라 기능 전환을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합 솔리톤 결정 마이크로콤은 단일 컴팩트 플랫폼에서 광학 마이크로파 및 RF 신호 처리 기능을 광범위하게 지원할 수 있는가?
• RQ2 솔리톤 결정 마이크로콤의 스펙트럼 평탄성과 위상 안정성이 진정한 시간 지연 및 필터링과 같은 RF 신호 처리 성능에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ3 기존 RF 포토닉 시스템에 비해 마이크로콤 기반 시스템은 어느 정도의 재구성 가능성과 밴드폭을 달성할 수 있는가?
• RQ4 칩 내 마이크로콤은 확장 가능하고 에너지 효율적인 RF 포토닉 프로세서를 실현하는 데 어떤 잠재력을 지니는가?
• RQ5 마이크로콤의 선 수와 그 스펙트럼 간격은 채널화 장치 및 미분기 성능에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 통합 솔리톤 결정 마이크로콤은 단일 칩에서 진정한 시간 지연, 재구성 가능한 필터, 힐버트 변환기, 미분기 및 채널화 장치 등 다양한 RF 신호 처리 기능을 실현할 수 있다.
• 마이크로콤의 넓은 스펙트럼 대역폭은 넓은 니크베스트 대역폭을 지원하여 상호 채널 간 간섭을 최소화하면서 고용량 RF 신호 처리를 가능하게 한다.
• 마이크로콤의 스펙트럼 형상과 위상 프로파일을 동적으로 제어함으로써 재구성 가능성을 입증하고, 필요에 따라 기능 전환을 실현한다.
• 단일 통합 소스를 사용함으로써 기존의 다중 레이저 또는 분리된 구성 요소 방식 대비 시스템의 복잡성과 점유 면적을 감소시킨다.
• 높은 스펙트럼 효율성과 저전력 소비를 달성하여 향후 세대 포토닉 통합 회로에 적합하다.
• 결과적으로 솔리톤 결정 마이크로콤이 통신, 레이더 및 센서 분야에서 확장 가능하고 고성능 RF 포토닉스 응용 분야에 큰 잠재력을 지닌다는 것이 확인되었다.