[논문 리뷰] Tunable RF and microwave photonic sideband generator based on cascaded 49GHz and 200GHz integrated ring resonators

Xingyuan Xu, Jiayang Wu외 8명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 26.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 58인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 연속적인 RF 주파수 조정이 가능한 21.4 GHz 범위와 최대 57.3 dB의 높은 광선기반 측변대 전력비를 달성하기 위해 49 GHz 및 200 GHz의 연속된 통합 마이크로링 공진기(MRR)를 사용하는 조정 가능한 RF 및 마이크로파 광학 측변대 생성기를 제시한다. 입력 광신호의 편광 각도를 조절함으로써 실현된다. 이 장치는 TE 및 TM 편광 MRR를 이용한 편광 multiplexing를 통해 수직 편광된 광학 단일측변대(OP-OSSB) 신호를 생성하며, 레이더 및 통신 시스템을 위한 광역, 연속 조절 가능한 광학 신호 처리를 가능하게 한다.

ABSTRACT

We demonstrate a continuously RF tunable orthogonally polarized optical single sideband (OP-OSSB) generator based on dual cascaded micro-ring resonators. By splitting the input double sideband signal into an orthogonally polarized carrier and lower sideband via TE- and TM-polarized MRRs, an OP-OSSB signal is generated. A large tuning range of the optical carrier to sideband ratio of up to 57.3 dB is achieved by adjusting the polarization angle of the input light. The operation RF frequency of the OP-OSSB generator can be continuously tuned with a 21.4 GHz range via independent thermal control of the two MRRs. Our device represents a competitive approach towards OP-OSSB generation with wideband tunable RF operation, and is promising for photonic RF signal transmission and processing in radar and communication systems.

연구 동기 및 목표

• RF 및 마이크로파 응용을 위한 연속 조절 가능한 광학 측변대 생성기 개발.
• 통합 광학 구성 요소를 사용한 광역, 고정밀 광학 단일측변대(OSSB) 생성.
• 열조절 및 편광 제어를 통해 RF 주파수와 광선기반 측변대 전력비를 독립적으로 제어 가능하게 하기.
• 고조절성 및 넓은 동적 범위를 갖춘 고밀도 통합 솔루션을 통한 광학 RF 신호 처리 구현.

제안 방법

• 49 GHz 및 200 GHz에서 작동하는 이중 연속 마이크로링 공진기(MRR)를 사용하며, 각각 특정 편광 상태(TE 및 TM)로 조정된다.
• 입력 이중측변대 신호는 MRR의 편광 선택적 응답을 이용해 수직 편광 성분으로 분리된다.
• 두 MRR의 독립적 열조절을 통해 생성된 측변대의 RF 주파수를 제어함으로써 21.4 GHz의 조절 범위를 확보한다.
• 입력 광신호의 편광 각도를 변화시켜 광선기반 측변대 전력비를 동적으로 조절하며, 최대 57.3 dB의 성능을 달성한다.
• 고품질 인자 및 저손실 통합 Si3N4 웨이브가이드의 특성을 활용해 고정밀 공진 필터링을 지원한다.
• MRR 내 간섭을 통해 한 측변대를 선택적으로 억제함으로써 수직 편광된 광학 단일측변대(OP-OSSB) 생성이 가능해진다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합 MRR를 사용하여 광학 측변대 생성기가 광역 대역에서 연속적인 RF 주파수 조절을 달성할 수 있는가?
• RQ2 작은 통합 플랫폼에서 편광 조절을 통해 광선기반 측변대 전력비를 동적으로 제어할 수 있는가?
• RQ3 다른 자유 스펙트럼 범위(49 GHz 및 200 GHz)를 가진 이중 연속 MRR가 고정밀, 조절 가능한 OSSB 생성을 가능하게 하는가?
• RQ4 편광 multiplexing 기반 MRR 기반 시스템에서 광선기반 측변대 전력비의 조절 범위와 동적 범위는 얼마인가?

주요 결과

• 두 개의 연속 MRR를 독립적으로 열조절함으로써 21.4 GHz의 연속적인 RF 주파수 조절 범위를 달성한다.
• 입력 광신호의 편광 각도를 조절함으로써 최대 57.3 dB의 광선기반 측변대 전력비를 달성한다.
• TE 및 TM 편광 MRR에서의 편광 multiplexing를 통해 수직 편광된 광학 단일측변대(OP-OSSB) 신호를 성공적으로 생성한다.
• 49 GHz 및 200 GHz MRR의 사용은 고정밀 필터링과 광역 작동을 가능하게 하며, 고밀도 통합 플랫폼에서의 응용 가능성을 제공한다.
• MRR의 편광 선택적 응답과 정밀한 열조절 덕분에 높은 안정성과 낮은 교차 채널 간섭을 확보한다.