[논문 리뷰] Phase-encoded RF signal generation based on an integrated 49GHz micro-comb optical source

Xingyuan Xu, Mengxi Tan외 9명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 06.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 45인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 통합된 49 GHz 마이크로콤 광원을 사용하여 위상-편코드된 고주파수(RF) 신호를 생성하는 광학적 접근법을 제시한다. 가변 파장 채널 가중치를 갖춘 횡방향 필터링 구조를 활용함으로써, 기존의 RF 신호 발생기나 임의의 웨이브폼 발생기가 필요 없이 재구성 가능한 위상편코드 웨이브폼을 생성할 수 있으며, 최대 6 Gb/s의 위상편코드 속도와 60개의 파장 채널을 사용한 30배의 펄스 압축 비율을 달성한다.

ABSTRACT

We demonstrate photonic RF phase encoding based on an integrated micro-comb source. By assembling single-cycle Gaussian pulse replicas using a transversal filtering structure, phase encoded waveforms can be generated by programming the weights of the wavelength channels. This approach eliminates the need for RF signal generators for RF carrier generation or arbitrary waveform generators for phase encoded signal generation. A large number of wavelengths of up to 60 were provided by the microcomb source, yielding a high pulse compression ratio of 30. Reconfigurable phase encoding rates ranging from 2 to 6 Gb/s were achieved by adjusting the length of each phase code. This work demonstrates the significant potentials of this microcomb-based approach to achieve high-speed RF photonic phase encoding with low cost and footprint.

연구 동기 및 목표

• 위상편코드된 RF 신호 생성에 있어 기존의 RF 신호 발생기와 임의의 웨이브폼 발생기를 완전히 제거하는 것.
• 통합 마이크로콤 기술을 활용한 고속 RF 위상편코드를 위한 컴act하고 저비용의 광학적 솔루션을 제시하는 것.
• 마이크로콤 선의 파장분할 multiplexing를 통해 높은 스펙트럼 효율성과 큰 펄스 압축 비율을 달성하는 것.
• 코드 길이와 채널 가중치를 동적으로 조절함으로써 재구성 가능한 위상편코드 속도를 실현하는 것.

제안 방법

• 통합된 49 GHz 마이크로콤 소스가 최대 60개의 파장 채널을 제공하여 광대역 광선(carrier)으로 기능한다.
• 단일 주기의 가우시안 펄스 복제본은 횡방향 필터링 구조를 통해 마이크로콤 스펙트럼을 형상화하여 생성된다.
• 개별 파장 채널의 진폭과 위상 가중치를 프로그래밍하여 위상편코드 웨이브폼을 합성한다.
• 시스템은 제어된 위상 이동을 갖는 마이크로존더 간섭계 기반 아키텍처를 사용하여 각 파장 채널을 위상적으로 조합한다.
• 활성 채널 수와 각 채널의 가중치를 조정함으로써 위상코드를 재구성 가능하게 하여 다양한 데이터 속도를 지원한다.
• 광신호 처리가 전적으로 광영역에서 수행되어 RF 생성 과정에서의 전자적 병목 현상을 피한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합 마이크로콤 소스가 기존의 RF 및 임의의 웨이브폼 발생기 대체로 위상편코드된 RF 신호 생성에 사용될 수 있는가?
• RQ2 재구성 가능한 코드 길이를 갖는 마이크로콤 기반 광학 시스템에서 얻을 수 있는 최대 위상편코드 속도는 얼마인가?
• RQ3 마이크로콤의 파장 채널 수가 증가함에 따라 펄스 압축 비율은 어떻게 변화하는가?
• RQ4 이 모든 광학적 위상편코드 접근법은 전자적 방법에 비해 스펙트럼 효율성과 프로토타입 크기에서 어떤 우수성을 가지는가?
• RQ5 다양한 위상코드 패tern과 데이터 속도에서 시스템이 신호 무결성과 재구성 가능성을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 49 GHz 마이크로콤 소스의 60개 파장 채널을 사용하여 30배의 펄스 압축 비율을 달성하였다.
• 위상코드 길이를 변화시킴으로써 재구성 가능한 위상편코드 속도 2~6 Gb/s를 실험적으로 입증하였다.
• 마이크로콤 소스는 최대 60개의 간섭 가능한 파장 채널을 제공하는 안정적인 광대역 광선(carrier)을 제공하였다.
• 광학적 접근법을 통해 전자식 RF 신호 발생기와 임의의 웨이브폼 발생기가 필요 없어졌다.
• 횡방향 필터링 구조는 각 파장 성분의 진폭과 위상을 정밀하게 제어하여 원하는 위상편코드 웨이브폼을 형성하는 데 기여하였다.
• 통합 광학 소자와 전적으로 광영역에서의 신호 처리를 통해 낮은 프로토타입 크기와 낮은 비용 잠재력을 입증하였다.