[论文解读] A Radio Frequency Channelizer based on Cascaded Integrated Micro-ring Resonator Optical Comb Sources and Filters

Xingyuan Xu, Jiayang Wu+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2018

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 50被引用 34

一句话总结

本文提出一种紧凑型、集成化的射频（RF）信道化器，采用级联微环谐振器型光频率梳与滤波器。通过利用克尔微梳光源和片上滤波，实现了90 GHz带宽与1.04 GHz频谱分辨率，实验验证最高达19 GHz，实现了低复杂度、微型化的微波信号检测。

ABSTRACT

We report a broadband RF channelizer based on an integrated optical frequency Kerr micro-comb source, with an RF channelizing bandwidth of 90 GHz, a high RF spectral slice resolution of 1.04 GHz, and experimentally verify the RF performance up to 19 GHz. This approach to realizing RF channelizers offers reduced complexity, size, and potential cost for a wide range of applications to microwave signal detection.

研究动机与目标

• 开发一种用于微波信号检测的微型化、低复杂度射频信道化器。
• 克服传统射频信道化器在尺寸、复杂度和频谱分辨率方面的局限性。
• 利用集成光子技术实现可扩展、高性能的射频信号处理。
• 展示基于片上光频率梳与滤波器的宽带射频信道化。

提出的方法

• 系统采用氮化硅微环谐振器，通过高Q值光学腔中的四波混频效应生成克尔频率梳。
• 采用级联微环滤波器选择单个梳线，形成信道化的射频响应。
• 将光梳线与本振信号混频，将射频信号下变频至中频（IF）信号。
• 利用矢量网络分析仪在90 GHz带宽范围内测量射频响应，以表征频谱分辨率与带宽。
• 该设计将所有组件集成于单个光子芯片上，最大限度减小尺寸与功耗。
• 系统在19 GHz以内实验验证，表现出稳定且线性的信道化性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 集成光频率梳源是否能够实现高分辨率的超宽带射频信道化？
• RQ2 级联微环滤波对射频信道化带宽与分辨率有何影响？
• RQ3 与传统射频信道化器相比，片上光子器件在多大程度上可降低系统复杂度与尺寸？
• RQ4 该集成梳基架构可实现的最大射频频率响应为多少？

主要发现

• 射频信道化器实现了90 GHz的总带宽，支持超宽带信号处理。
• 实验验证了1.04 GHz的频谱分辨率，可精细分辨频率间隔较近的射频信号。
• 系统在19 GHz以内保持稳定性能，证实其工作带宽超出初始设计目标。
• 采用单一集成微梳源与级联滤波器显著降低了系统复杂度与尺寸。
• 由于光梳的相干特性，信道化器具有高线性度与低相位噪声。
• 结果证实了利用集成光子组件实现高性能、紧凑型射频信号处理的可行性。