[논문 리뷰] Photonic RF channelizer based on a 90 wavelength optical soliton crystal 49GHz Kerr microcomb

Xingyuan Xu, Mengxi Tan외 8명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 20.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 52인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 90개 파장의 49 GHz 킬러 마이크로콤을 솔리톤 결정 마이크로링 공진기에서 생성하여 최대 92개의 RF 채널을 121.4 MHz 해상도로 구현하는 광학적 RF 채널화기를 제시한다. 초박공간 간격과 고-Q 피사체 필터를 활용함으로써 시스템은 8.08 GHz의 순간 대역폭을 달성하고 열적 테이닝을 통해 17.55 GHz까지 검증된 운영을 가능하게 하여 광학적 RF 수신기의 통합화를 선도한다.

ABSTRACT

We report a broadband radio frequency (RF) channelizer with up to 92 channels using a coherent microcomb source. A soliton crystal microcomb, generated by a 49 GHz micro-ring resonator (MRR), is used as a multi-wavelength source. Due to its ultra-low comb spacing, up to 92 wavelengths are available in the C band, yielding a broad operation bandwidth. Another high-Q MRR is employed as a passive optical periodic filter to slice the RF spectrum with a high resolution of 121.4 MHz. We experimentally achieve an instantaneous RF operation bandwidth of 8.08 GHz and verify RF channelization up to 17.55 GHz via thermal tuning. Our approach is a significant step towards the monolithically integrated photonic RF receivers with reduced complexity, size, and unprecedented performance, which is important for wide RF applications ranging from broadband analog signal processing to digital-compatible signal detection.

연구 동기 및 목표

• 광대역 아날로그 신호 처리를 위한 고채널 수, 광대역 광학적 RF 채널화기 개발
• 기존 RF 수신기의 한계를 극복하기 위해 크기와 복잡도를 줄인 통합형 마이크로닉스 통합 가능
• 솔리톤 결정 마이크로콤의 초박공간 간격을 활용하여 고스펙트럼 해상도 및 높은 채널 수 달성
• 디지털 호환 신호 검출에 적합한 실용적이고 테이닝 가능한 광학적 RF 수신기 아키텍처 구현

제안 방법

• 49 GHz 마이크로링 공진기(MRR)에서 C밴드 내 정확히 간격을 두고 90개의 광선을 가진 솔리톤 결정 마이크로콤 생성
• 마이크로콤은 광학적 RF 신호 처리를 위한 위상 일치 다중파장 소스로 기능함
• 두 번째 고-Q MRR는 121.4 MHz 해상도로 RF 스펙트럼을 잘라내는 피사체 광학 주기 필터로 기능함
• 필터의 열적 테이닝을 통해 최대 17.55 GHz까지 동적 제어로 RF 채널화 대역폭 조절 가능
• 마이크로콤 선을 이용한 위상 일치 검출을 통해 RF 신호를 베이스밴드로 다운컨버트함
• 통합형 마이크로닉스 설계로 면적과 전력 소모 최소화

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초박공간 간격을 가진 솔리톤 결정 마이크로콤이 고채널 수 RF 채널화를 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 킬러 마이크로콤 기반 광학 채널화기를 사용할 때 얻을 수 있는 최대 순간 RF 대역폭는 얼마인가?
• RQ3 피사체 필터의 열적 테이닝이 운영 대역폭과 채널 해상도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이 시스템은 작고 통합된 광학 플랫폼에서 디지털 호환 신호 검출을 어느 정도 지원할 수 있는가?
• RQ5 이 접근법은 크기, 복잡도, 성능 측면에서 기존 RF 수신기보다 뛰어나다고 할 수 있는가?

주요 결과

• 90파장 마이크로콤을 사용하여 시스템은 8.08 GHz의 순간 RF 운영 대역폭 달성
• 고-Q MRR 필터의 열적 테이닝을 통해 실험적으로 17.55 GHz까지 RF 채널화 검증
• 마이크로콤은 121.4 MHz의 채널 간격을 제공하여 C밴드 내 최대 92개의 채널 가능
• 솔리톤 결정 마이크로콤은 49 GHz 마이크로링 공진기에서 생성되어 고일관성과 안정성 확보
• 통합 가능성을 고려한 접근법으로 시스템 크기와 복잡도 크게 감소
• 제시된 아키텍처는 광대역 응용 분야에서 고성능, 디지털 호환 광학 RF 수신기 지원 가능