[論文レビュー] Comb-based radio-frequency photonic filters: rounts to nanosecond tuning speed and extremely high stopband attenuation

V. R. Supradeepa, Christopher M. Long+5 more|arXiv (Cornell University)|May 4, 2011

Advanced Photonic Communication Systems被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、光遅延制御と級連四波混合を活用することで、ナノ秒スケールのチューニング速度（約40 ns）と極めて高い阻止域減衰（70 dB以上）を達成する、コンブベースの電波周波数光ファイバー・フィルタを提案する。この手法により、ガウス型のラインシープを有する再構成可能で高選択性の高いRFフィルタが実現され、サイド lobes や不要周波数帯信号の優れた抑制が可能となる。

ABSTRACT

Photonic technologies have received considerable attention for enhancement of radio-frequency (RF) electrical systems, including high-frequency analog signal transmission, control of phased arrays, analog-to-digital conversion, and signal processing. Although the potential of radio-frequency photonics for implementation of tunable electrical filters over broad RF bandwidths has been much discussed, realization of programmable filters with highly selective filter lineshapes and rapid reconfigurability has faced significant challenges. A new approach for RF photonic filters based on frequency combs offers a potential route to simultaneous high stopband attenuation, fast tunability, and bandwidth reconfiguration. In one configuration tuning of the RF passband frequency is demonstrated with unprecedented (~40 ns) speed by controlling the optical delay between combs. In a second, fixed filter configuration, cascaded four-wave mixing simultaneously broadens and smoothes comb spectra, resulting in Gaussian RF filter lineshapes exhibiting extremely high (>60 dB) main lobe to sidelobe suppression ratio and (>70 dB) stopband attenuation.

研究の動機と目的

• チューナブルRF光フィルタにおける高速な再構成性と高選択性を達成する挑戦に応えること。
• 従来のRF光フィルタに見られる、遅いチューニング速度や不十分な阻止域減衰といった制限を克服すること。
• 広帯域RF帯域幅、高い線形性、および迅速な再構成性を備えたプログラマブルなフィルタを実現し、先進的なRFシステムに応用すること。
• 優れたスペクトル性能を示す、チューナブルおよび固定型のフィルタ構成を実証すること。

提案手法

• コンブ間の光遅延を精密に制御することで、チューナブルなRFフィルタ応答を生成するための基盤として、光周波数コンブを用いる。
• 級連四波混合を用いてコンブスペクトルを広げて滑らかにし、ガウス型のRFフィルタ応答を実現する。
• 滑らかにされたコンブのスペクトル特性を活用し、メインローブ対サイドローブ抑制比を60 dB以上に高める。
• コンブ間の光遅延を調整することでRF通過域周波数を制御し、約40 nsのチューニング速度を実現する。
• 最適化された四波混合を用いた固定型フィルタ構成により、70 dBを超える高い阻止域減衰を達成する。
• 統合型またはファイバー基盤の非線形光プロセスに依存して、フィルタ機能を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンブベースの光フィルタは、リアルタイムRFシステムに適したマイクロ秒未満のチューニング速度を達成できるか？
• RQ2 四波混合は、RF光フィルタにおけるスペクトルの滑らかさ向上とサイドローブ抑制にどの程度寄与できるか？
• RQ3 固定型コンブベースRFフィルタ構成で、どの程度の阻止域減衰が達成可能か？
• RQ4 光遅延制御は、RF通過域周波数の迅速な再構成をどのように可能にするか？
• RQ5 コンブの形状調整と遅延チューニングの組み合わせにより、高選択性と広帯域を同時に達成できるか？

主な発見

• 提案されたチューナブルフィルタ構成は、約40 nsのチューニング速度を達成しており、従来のRF光フィルタに比べ顕著な改善を示している。
• 固定型構成では、メインローブ対サイドローブ抑制比が60 dBを超えることが確認され、優れたスペクトル選択性を示している。
• 阻止域減衰が70 dBを超えることが確認され、不要周波数帯信号の優れた抑制が実現されている。
• 級連四波混合は、コンブスペクトルを効果的に広げて滑らかにし、ガウス型のRFフィルタラインシープの実現に寄与している。
• 光ドメインにおける操作により、帯域幅、中心周波数、スペクトル純度を同時に制御可能である。
• 結果から、1つの光フィルタアーキテクチャで高再構成性と極めて優れたスペクトル性能を両立可能であることが確認された。