[論文レビュー] A Radio Frequency Channelizer based on Cascaded Integrated Micro-ring Resonator Optical Comb Sources and Filters

Xingyuan Xu, Jiayang Wu+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2018

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 50被引用数 34

ひとこと要約

本稿では、段階的なマイクロリング共振器ベースの光周波数コンブとフィルタを用いたコンactな統合無線周波数（RF）チャネルライザーを提示する。ケラーマイクロコンブ源とオンチップフィルタを活用することで、90 GHz帯域幅と1.04 GHz周波数分解能を達成し、実験的に19 GHzまで有効であることを確認した。これにより、低複雑性で小型化されたマイクロ波信号検出が可能になった。

ABSTRACT

We report a broadband RF channelizer based on an integrated optical frequency Kerr micro-comb source, with an RF channelizing bandwidth of 90 GHz, a high RF spectral slice resolution of 1.04 GHz, and experimentally verify the RF performance up to 19 GHz. This approach to realizing RF channelizers offers reduced complexity, size, and potential cost for a wide range of applications to microwave signal detection.

研究の動機と目的

• マイクロ波信号検出を目的とした小型化・低複雑性のRFチャネルライザーの開発。
• 従来のRFチャネルライザーにおけるサイズ、複雑性、周波数分解能の制限を克服すること。
• スケーラブルで高性能なRF信号処理を実現するため、統合光技術を活用すること。
• オンチップ光周波数コンブとフィルタを用いた広帯域RFチャネル化の実証。

提案手法

• システムは、高Q値の光的キャビティ内での四波混合を介してケラーフレーゲンシー・コンブを生成するシリコンナイトライドマイクロリング共振器を採用する。
• 段階的なマイクロリングフィルタを用いて、コンブラインを個別に選択し、チャネル化されたRF応答を形成する。
• 光コンブラインを局所発信源と混合することで、RF信号を中間周波数（IF）信号にダウンコンバートする。
• ベクトルネットワークアナライザーを用いて、90 GHz帯域幅にわたるRF応答を測定し、周波数分解能と帯域幅を特徴づける。
• すべての部品を1枚のフォトニクスチップに統合することで、フットプリントと消費電力を最小限に抑える。
• システムは19 GHzまで実験的に検証され、安定的かつ線形なチャネル化性能を示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統合光周波数コンブ源は、広帯域RFチャネル化と高い周波数分解能を実現できるか？
• RQ2 段階的なマイクロリングフィルタリングは、RFチャネル化帯域幅と分解能にどのように影響を与えるか？
• RQ3 従来のRFチャネルライザーと比較して、オンチップフォトニクス部品は、システムの複雑性とサイズをどの程度低減できるか？
• RQ4 この統合コンブベースのアーキテクチャで達成可能な最大のRF周波数応答は何か？

主な発見

• RFチャネルライザーは合計90 GHzの帯域幅を達成し、広帯域信号処理を可能にした。
• 1.04 GHzの周波数分解能が実験的に確認され、近接するRF信号の微細な区別が可能になった。
• システムは19 GHzまで安定した性能を維持し、当初の設計目標を上回る運用帯域を確認した。
• 1つの統合マイクロコンブ源と段階的なフィルタの使用により、システムの複雑さとフットプリントが低減された。
• 光コンブのコherentlyな性質のおかげで、高い線形性と低位相ノイズで動作した。
• 統合フォトニクス部品を用いた高性能でコンactなRF信号処理の実現可能性が確認された。