[論文レビュー] Tunable RF and microwave photonic sideband generator based on cascaded 49GHz and 200GHz integrated ring resonators

Xingyuan Xu, Jiayang Wu+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2018

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 58被引用数 16

ひとこと要約

本論文では、キャスケード接続された49 GHzおよび200 GHzの統合マイクロリングレゾネータ（MRR）を用いた、調整可能なRFおよびマイクロ波光子サイドバンド生成器を提案する。このデバイスは、入射光の偏光角度を調整することにより、21.4 GHzの範囲で連続的なRF周波数の調整が可能であり、最大57.3 dBの高い光キャリア対サイドバンドパワー比を達成する。TEおよびTM偏光のMRRを用いた偏光 multiplexing を通じて、直交偏光の光単一サイドバンド（OP-OSSB）信号を生成し、レーダーや通信システム向けに広帯域で連続的に調整可能な光子信号処理を実現する。

ABSTRACT

We demonstrate a continuously RF tunable orthogonally polarized optical single sideband (OP-OSSB) generator based on dual cascaded micro-ring resonators. By splitting the input double sideband signal into an orthogonally polarized carrier and lower sideband via TE- and TM-polarized MRRs, an OP-OSSB signal is generated. A large tuning range of the optical carrier to sideband ratio of up to 57.3 dB is achieved by adjusting the polarization angle of the input light. The operation RF frequency of the OP-OSSB generator can be continuously tuned with a 21.4 GHz range via independent thermal control of the two MRRs. Our device represents a competitive approach towards OP-OSSB generation with wideband tunable RF operation, and is promising for photonic RF signal transmission and processing in radar and communication systems.

研究の動機と目的

• RFおよびマイクロ波応用を対象とした連続的に調整可能な光子サイドバンド生成器の開発。
• 統合光子素子を用いた広帯域で高精度な光単一サイドバンド（OSSB）生成の実現。
• 熱調整と偏光制御を組み合わせることで、RF周波数と光キャリア対サイドバンド比を独立して制御可能にする。
• 高調整性と広いダイナミックレンジを備えた、コンactな統合ソリューションによる光子RF信号処理の実現。

提案手法

• システムは、49 GHzおよび200 GHzで動作する二重のキャスケード接続されたマイクロリングレゾネータ（MRR）を用い、それぞれが特定の偏光状態（TEおよびTM）に合わせて調整されている。
• 入射の二重サイドバンド信号は、MRRの偏光選択的応答を用いて直交偏光成分に分割される。
• 二つのMRRを独立して熱調整することで、生成されるサイドバンドのRF周波数が制御され、21.4 GHzの調整範囲が達成される。
• 入射光の偏光角度を変化させることで、光キャリア対サイドバンドパワー比を動的に調整し、最大57.3 dBを達成する。
• 高Qファクターと低伝送損失を示す統合Si3N4波導を活用することで、高精細な共鳴フィルタリングが可能になる。
• MRR内の干渉を制御して片方のサイドバンドを効果的に抑制することで、直交偏光の光単一サイドバンド（OP-OSSB）生成が実現される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統合MRRを用いた光子サイドバンド生成器は、広帯域で連続的なRF周波数の調整が可能か。
• RQ2 コンパactsな統合プラットフォーム上で、偏光調整による光キャリア対サイドバンドパワー比の動的制御が可能か。
• RQ3 異なる自由スペクトル範囲（49 GHzおよび200 GHz）を持つ二重キャスケードMRRは、高精細で調整可能なOSSB生成を可能にするか。
• RQ4 偏光 multiplexing を用いたMRRベースのシステムにおける、光キャリア対サイドバンド比の実現可能な調整範囲とダイナミックレンジは何か。

主な発見

• 二重キャスケードMRRの独立した熱制御により、21.4 GHzの連続的なRF周波数調整範囲が達成された。
• 入射光の偏光角度を調整することで、最大57.3 dBの光キャリア対サイドバンドパワー比が達成された。
• TEおよびTM偏光のMRRを用いた偏光 multiplexing を通じて、直交偏光の光単一サイドバンド（OP-OSSB）信号の生成に成功した。
• 49 GHzおよび200 GHzのMRRを用いることで、高精細なフィルタリングと広帯域動作が、コンパクトな統合プラットフォーム上で実現された。
• MRRの偏光選択的応答と正確な熱調整のおかげで、高い安定性と低クロストークが実現された。