[論文レビュー] Photonic RF channelizer based on a 90 wavelength optical soliton crystal 49GHz Kerr microcomb

Xingyuan Xu, Mengxi Tan+8 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2020

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 52被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、ソリトン結晶マイクロリングレゾネータで生成された90波長49 GHzのケラーマイクロコンブを用いた光子的RFチャネルライザーを提案する。この手法により、121.4 MHzの分解能で最大92のRFチャネルを実現可能であり、超狭いコンブ間隔と高Qのパassフィルタを活用することで、8.08 GHzのインスタントeneous帯域幅を達成し、熱的チューニングにより17.55 GHzまで動作を確認した。これにより、広帯域信号処理に適したモノリシック光子的RF受信機の発展が進んだ。

ABSTRACT

We report a broadband radio frequency (RF) channelizer with up to 92 channels using a coherent microcomb source. A soliton crystal microcomb, generated by a 49 GHz micro-ring resonator (MRR), is used as a multi-wavelength source. Due to its ultra-low comb spacing, up to 92 wavelengths are available in the C band, yielding a broad operation bandwidth. Another high-Q MRR is employed as a passive optical periodic filter to slice the RF spectrum with a high resolution of 121.4 MHz. We experimentally achieve an instantaneous RF operation bandwidth of 8.08 GHz and verify RF channelization up to 17.55 GHz via thermal tuning. Our approach is a significant step towards the monolithically integrated photonic RF receivers with reduced complexity, size, and unprecedented performance, which is important for wide RF applications ranging from broadband analog signal processing to digital-compatible signal detection.

研究の動機と目的

• 広帯域アナログ信号処理に適した、高チャネル数かつ広帯域の光子的RFチャネルライザーの開発。
• 従来のRF受信機の限界を克服し、小型化と構成の簡素化を実現するモノリシック統合を実現。
• ソリトン結晶マイクロコンブの超狭いコンブ間隔を活用し、高いスペクトル分解能とチャネル数を達成。
• デジタル互換性のある信号検出に適した実用的でチューナブルな光子的RF受信機アーキテクチャの実証。

提案手法

• 49 GHzのマイクロリングレゾネータ（MRR）がCバンドに90本の正確に間隔をあけた光学ラインを持つソリトン結晶マイクロコンブを生成。
• マイクロコンブは、光子的RF信号処理のためのコherentな多波長光源として機能。
• 2番目の高QのMRRが、121.4 MHzの分解能でRFスペクトルをスライスするパassフィルタとして機能。
• フィルタの熱的チューニングにより、最大17.55 GHzまでRFチャネル化帯域幅を動的に制御可能。
• システムはコherent検出を用い、マイクロコンブのラインを利用してRF信号をベースバンドにダウンコンバート。
• アーキテクチャはモノリシック統合を想定し、フォトニクスの面積と消費電力を最小限に抑える設計。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超狭いコンブ間隔を持つソリトン結晶マイクロコンブは、高チャネル数RFチャネル化を可能にするか？
• RQ2 ケラーマイクロコンブを基盤とする光子的チャネルライザーで、実現可能な最大インスタントeneousRF帯域幅は何か？
• RQ3 パassフィルタの熱的チューニングが、運用帯域幅とチャネル分解能に与える影響は何か？
• RQ4 このシステムは、コンパクトで統合されたフォトニクスプラットフォーム上で、どの程度デジタル互換性のある信号検出をサポートできるか？
• RQ5 本アプローチは、サイズ、構成の複雑さ、性能の面で、従来のRF受信機を上回るか？

主な発見

• 90波長のマイクロコンブを用いることで、システムは8.08 GHzのインスタントeneousRF動作帯域幅を達成した。
• 高QのMRRフィルタの熱的チューニングにより、実験的に17.55 GHzまでのRFチャネル化が確認された。
• マイクロコンブは121.4 MHzのチャネル間隔を提供し、Cバンドで最大92チャネルを実現可能。
• ソリトン結晶マイクロコンブは49 GHzのマイクロリングレゾネータで生成され、高いコherーと安定性を確保。
• モノリシック統合の可能性を有し、システムのサイズと構成の複雑さを顕著に低減。
• 提示されたアーキテクチャは、広帯域応用に適した高性能でデジタル互換性のある光子的RF受信機を実現可能。