[论文解读] Hilbert Transform based Quadrature Hybrid RF Photonic Coupler via a Micro-Resonator Optical Frequency Comb Source

Thach G. Nguyen, Mehrdad Shoeiby+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2015

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 33被引用 32

一句话总结

本文提出了一种基于微谐振器的光频率梳的全光射频希尔伯特变换器，用于生成宽带同相和正 quadrature 相射频信号。通过利用CMOS兼容平台上高质量、间隔宽的梳状线，该系统实现了超过5个八度（3 dB）的带宽，且相位响应近乎平坦，展示了最多20抽头的滤波，用于正 quadrature 混频生成。

ABSTRACT

We demonstrate a photonic RF Hilbert transformer for broadband microwave in-phase and quadrature-phase generation based on an integrated frequency optical comb, generated using a nonlinear microring resonator based on a CMOS compatible, high-index contrast, doped-silica glass platform. The high quality and large frequency spacing of the comb enables filters with up to 20 taps, allowing us to demonstrate a quadrature filter with more than a 5-octave (3 dB) bandwidth and an almost uniform phase response.

研究动机与目标

• 开发一种紧凑、宽带的光子射频耦合器，用于同相和正 quadrature 信号生成。
• 克服传统射频光子混合器带宽有限和相位非均匀性的问题。
• 利用微环谐振器产生的高质量、间隔宽的光频率梳，以增强滤波响应。
• 通过希尔伯特变换器架构实现平坦相位响应和宽工作带宽。
• 展示一种可扩展的、CMOS兼容的集成微波光子学解决方案。

提出的方法

• 系统采用在高折射率对比度、掺杂二氧化硅玻璃平台上制造的非线性微环谐振器，以生成光频率梳。
• 梳状线的高品质因子和大自由光谱范围使其具备精确、间隔宽的光学频点，适用于滤波。
• 通过控制幅度和相位，利用梳状线实现希尔伯特变换器，以生成正 quadrature 信号。
• 光子滤波器架构最多支持20个抽头，可在五个八度以上带宽内实现宽带响应。
• 系统利用梳状线的光谱特性，在整个带宽范围内实现近乎均匀的相位响应。
• 该设计可集成且兼容CMOS工艺，实现可扩展性和微型化。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于微谐振器的光频率梳能否实现具有宽频带和平坦相位响应的光子希尔伯特变换器？
• RQ2 基于此梳状线方法的光子射频耦合器最大可实现的带宽是多少？
• RQ3 利用梳状线的光谱线，最多可实现多少个有效滤波抽头用于正 quadrature 信号生成？
• RQ4 梳状线的品质因子和自由光谱范围在多大程度上影响系统性能？
• RQ5 该架构能否在CMOS兼容平台上实现5个八度带宽内近乎均匀的相位响应？

主要发现

• 系统展示了正 quadrature 滤波响应超过5个八度（3 dB）的带宽，优于传统射频光子混合器。
• 希尔伯特变换器在全部工作带宽范围内实现了近乎均匀的相位响应。
• 利用微环谐振器产生的高质量、间隔宽的梳状线，最多实现了20个滤波抽头。
• CMOS兼容的高折射率对比度掺杂二氧化硅玻璃平台实现了稳定、低损耗的梳状线生成。
• 系统实现了宽带同相和正 quadrature 射频信号生成，且相位失真极小。
• 实验结果证实了利用集成光频率梳实现高性能光子射频信号处理的可行性。