[論文レビュー] Microwave and RF signal processing based on integrated soliton crystal optical microcombs

Xingyuan Xu, Mengxi Tan+4 more|Figshare|Sep 7, 2019

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 37被引用数 9

ひとこと要約

本論文では、光子マイクロ波およびRF信号処理のためのコンactで再設定可能なプラットフォームとして、統合型ソリトン結晶光的マイクロコンブを提案している。チップ上に広帯域で多波長の周波数コンブを生成することで、真の時間遅延、可変フィルタ、ヒルベルト変換器、微分器、チャネル化器を実現し、高いスペクトル効率と広帯域のネイキスト帯域幅を達成する。これにより、統合型RFフォトニクス応用分野における大きな可能性を示している。

ABSTRACT

Microcombs are powerful tools as sources of multiple wavelength channels for photonic RF signal processing. They offer a compact device footprint, large numbers of wavelengths, and wide Nyquist bands. Here, we review recent progress on microcomb-based photonic RF signal processors, including true time delays, reconfigurable filters, Hilbert transformers, differentiators, and channelizers. The strong potential of optical micro-combs for RF photonics applications in terms of functions and integrability is also discussed.

研究の動機と目的

• ソリトン結晶光的マイクロコンブを用いたコンactで再設定可能なプラットフォームを構築し、光子マイクロ波およびRF信号処理を実現すること。
• ボリューム型または離散型のRFフォトニクスシステムの限界を克服し、チップ上統合による小型化とスケーラビリティを実現すること。
• 単一のマイクロコンブ光源を用いて、真の時間遅延、再設定可能なフィルタ、微分器などの多様なRF信号処理関数を実証すること。
• マイクロコンブの機能的多様性と統合可能性を評価し、次世代RFフォトニクスシステムへの応用可能性を検証すること。
• 高速でマルチチャネルのRF信号操作が可能であり、低消費電力かつ高スペクトル効率を実現するソリトン結晶マイクロコンブの実現可能性を確立すること。

提案手法

• 1枚のチップ上に複数の光チャネルで広帯域でコherentな周波数コンブを生成する統合型ソリトン結晶光的マイクロコンブを用いる。
• マイクロコンブの広帯域の自由スペクトル範囲と高いチャネル数を活用し、複数のRF信号処理関数を同時にサポートする。
• フォトニクス信号処理アーキテクチャにおいて、マイクロコンブを多波長の局所発振子または信号源として用いる。
• マハチゾーナダーや干渉型構成を用い、マイクロコンブの各ライン間でのコherent混合と位相制御により、時間遅延およびフィルタリング機能を実装する。
• スペクトル形状の最適化と位相工学的手法を用い、コンブスペクトル全体にわたり所定の伝達関数を設計することで、ヒルベルト変換器および微分器を実現する。
• マイクロコンブのスペクトル形状と位相プロファイルを動的に制御することで、再設定性を実現し、処理応答をオンデマンドで変更可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統合型ソリトン結晶マイクロコンブは、1つのコンactで再設定可能なプラットフォームとして、広範なフォトニクスRF信号処理関数を実現できるか？
• RQ2 ソリトン結晶マイクロコンブのスペクトル平坦性と位相安定性は、真の時間遅延やフィルタリングなどのRF信号処理動作の性能にどのように影響を与えるか？
• RQ3 従来のRFフォトニクスシステムと比較して、マイクロコンブベースのシステムは、再設定性と広帯域動作をどの程度達成できるか？
• RQ4 チップ上マイクロコンブは、スケーラブルでエネルギー効率の高いRFフォトニクスプロセッサの実現にどの程度の可能性を秘めているか？
• RQ5 コンブラインの数とその周波数間隔は、チャネル化器や微分器の性能にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 統合型ソリトン結晶マイクロコンブは、1枚のチップ上に真の時間遅延、再設定可能なフィルタ、ヒルベルト変換器、微分器、チャネル化器といった多様なRF信号処理関数を実現可能である。
• マイクロコンブの広帯域スペクトル帯域幅により、広帯域のネイキスト帯域幅が実現され、チャネル間クロストークが最小限に抑えられ、高容量のRF信号処理が可能となる。
• マイクロコンブのスペクトル形状と位相プロファイルを動的に制御することで、再設定性が実現され、オンデマンドでの処理関数切り替えが可能である。
• 単一で統合された信号源を用いることで、従来の複数レーザーまたは離散部品を用いたアプローチと比較して、システムの複雑さと占める面積が大幅に削減される。
• 本プラットフォームは高いスペクトル効率と低消費電力で実現され、次世代フォトニクス統合回路に適した特性を有する。
• 本研究の結果は、ソリトン結晶マイクロコンブが、通信、レーダ、センシング分野におけるスケーラブルで高パフォーマンスなRFフォトニクス応用分野に強く期待できる可能性を裏付けている。