[논문 리뷰] Microwave photonic filters via radio frequency bandwidth scaling based on soliton crystal optical micro-combs

Xingyuan Xu, Mengxi Tan외 7명|Figshare|2019. 03. 30.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 55인용 수 25

한 줄 요약

이 논문은 통합 마이크로링 공진기에서의 솔리톤 결정 광 마이크로콤을 사용하여 재구성 가능한 마이크로파 광학 필터를 제안한다. 열적 테이닝을 통해 L 대역에서 Ku 대역(3.28–19.4 GHz)에 걸쳐 높은 RF 대역폭(4.64 GHz)과 높은 해상도(117 MHz)를 실현하며, 프로그래밍 가능한 RF 전송 함수를 구현하여 노치 및 등화 필터 등 다양한 특성을 가진 유연하고 고성능의 RF 스펙트럼 형상 조절 솔루션을 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고성능의 재구성 가능한 마이크로파 광학 필터를 개발하여 고도의 RF 신호 처리를 실현한다.
• 넓은 순간 대역폭과 높은 해상도를 갖춘 통합 광학 플랫폼을 활용하여 기존 RF 필터의 한계를 극복한다.
• 광학 마이크로콤의 동적 테이닝을 통해 프로그래밍 가능한 RF 전송 함수, 특히 노치 및 등화 필터를 실현한다.
• 실리콘 질화물 플랫폼에서 솔리톤 결정 광학 마이크로콤을 활용하여 확장 가능한 칩 통합 RF 스펙트럼 형상 조절을 구현한다.
• 열적 테이닝을 통해 넓은 운영 대역폭(3.28–19.4 GHz)과 높은 주파수 해상도(117 MHz)를 동시에 달성한다.

제안 방법

• 고품질의 솔리톤 결정 광학 마이크로콤을 생성하기 위해 능동형 비선형 마이크로링 공진기(MRR)를 사용한다.
• 피지컬 고Q MRR을 활용해 마이크로콤 스펙트럼을 잘라내고 형상 조절하여 RF 필터링을 수행한다.
• L 대역에서 Ku 대역(3.28–19.4 GHz)에 걸쳐 필터 응답을 동적으로 재구성하기 위해 열적 테이닝을 적용한다.
• 마이크로콤 형상 조절을 통한 RF 대역폭 스케일링을 통해 높은 순간 RF 대역폭(4.64 GHz)을 달성한다.
• 마이크로콤의 스펙트럼 선을 광학 RF 신호 처리의 실마리로 활용하며, 프로그래밍 가능한 전송 함수를 제공한다.
• 이중 코드화된 노치 필터 및 조절 가능한 데칼링 기울기를 가진 등화 필터와 같은 재구성 가능한 필터 응답을 실현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 솔리톤 결정 광학 마이크로콤은 통합 플랫폼에서 고해상도, 광대역 마이크로파 광학 필터를 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 마이크로콤 형상 조절에 의한 RF 대역폭 스케일링은 높은 순간 대역폭과 높은 주파수 해상도를 동시에 달성할 수 있는가?
• RQ3 열적 테이닝을 통해 L 대역에서 Ku 대역(3.28–19.4 GHz)에 걸쳐 얼마나 높은 재구성 가능성을 확보할 수 있는가?
• RQ4 이러한 마이크로콤 기반 접근법을 통해 노치 및 등화 필터를 포함한 프로그래밍 가능한 RF 전송 함수를 실현할 수 있는가?
• RQ5 칩 통합 광학 필터에서 RF 대역폭, 해상도, 운영 범위 간의 상호 상충 관계는 어느 정도 달성 가능한가?

주요 결과

• 시스템은 4.64 GHz의 순간 RF 대역폭을 확보하여 고속도 RF 신호 처리를 가능하게 한다.
• 117 MHz의 주파수 해상도를 확보하여 정밀한 스펙트럼 필터링이 가능하다.
• 운영 RF 대역은 3.28 GHz에서 19.4 GHz까지 확장되어 L 대역과 Ku 대역을 모두 커버한다.
• 열적 테이닝을 통해 전체 L 대역에서 Ku 대역 범위에 걸쳐 필터 응답을 완전히 재구성할 수 있다.
• 이중 코드화된 노치 필터 및 재구성 가능한 기울기를 가진 등화 필터를 포함한 프로그래밍 가능한 RF 전송 함수가 실험적으로 구현되었다.
• 솔리톤 결정 마이크로콤을 활용한 이 접근법은 소형 칩 통합 광학 플랫폼에서 높은 성능과 유연성을 동시에 확보한다.