[论文解读] Microwave photonic filters via radio frequency bandwidth scaling based on soliton crystal optical micro-combs

Xingyuan Xu, Mengxi Tan+7 more|Figshare|Mar 30, 2019

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 55被引用 25

一句话总结

本文提出一种基于集成微环谐振器中孤子晶格光学生微梳的可重构微波光子滤波器，通过热调谐实现L至Ku波段（3.28–19.4 GHz）内高射频带宽（4.64 GHz）与高分辨率（117 MHz）的组合，支持可编程射频响应函数，包括可调滚降斜率的陷波与均衡滤波器，为射频谱形整形提供一种灵活且高性能的解决方案。

ABSTRACT

We demonstrate high-resolution photonic RF filters using an RF bandwidth scaling approach based on integrated Kerr optical micro-combs. By employing both an active nonlinear micro-ring resonator (MRR) as a high-quality micro-comb source and a passive high-Q MRR to slice the shaped comb, a large RF instantaneous bandwidth of 4.64 GHz and a high resolution of 117 MHz are achieved, together with a broad RF operation band covering 3.28 to 19.4 GHz (L to Ku bands) using thermal tuning. We achieve programmable RF transfer functions including binary-coded notch filters and RF equalizing filters with reconfigurable slopes. Our approach is an attractive solution for high performance RF spectral shaping with high performance and flexibility.

研究动机与目标

• 开发一种高性能、可重构的微波光子滤波器，用于先进射频信号处理。
• 通过利用具有宽瞬时带宽和高分辨率的集成光子平台，克服传统射频滤波器的局限性。
• 通过光学微梳的动态调谐，实现可编程射频响应函数，包括陷波与均衡滤波器。
• 在氮化硅平台中，利用孤子晶格光学微梳实现可扩展的片上射频谱形整形。
• 通过热调谐实现3.28–19.4 GHz的宽工作带宽，并达到117 MHz的高频率分辨率。

提出的方法

• 利用主动非线性微环谐振器（MRR）生成高质量的孤子晶格光学微梳。
• 采用被动高Q值MRR对微梳光谱进行切片与整形，实现射频滤波。
• 应用热调谐技术，动态重构L至Ku波段（3.28–19.4 GHz）内的滤波响应。
• 通过微梳整形实现射频带宽扩展，获得高瞬时射频带宽（4.64 GHz）。
• 将微梳的光谱线作为载波，用于光子射频信号处理，实现可编程响应函数。
• 实现可重构的滤波响应，如二进制编码陷波滤波器和可调滚降斜率的均衡滤波器。

实验结果

研究问题

• RQ1 孤子晶格光学微梳是否能在集成平台上实现高分辨率、宽带宽的微波光子滤波器？
• RQ2 通过微梳整形实现的射频带宽扩展，如何同时实现高瞬时带宽与高频率分辨率？
• RQ3 热调谐在多大程度上能够实现L至Ku波段（3.28–19.4 GHz）内的可重构性？
• RQ4 是否能够基于该微梳技术实现包括陷波与均衡滤波器在内的可编程射频响应函数？
• RQ5 在片上集成光子滤波器中，射频带宽、分辨率与工作范围之间的可实现权衡关系如何？

主要发现

• 系统实现了4.64 GHz的瞬时射频带宽，支持高吞吐量射频信号处理。
• 实现了117 MHz的频率分辨率，支持精确的谱线滤波。
• 工作射频频段从3.28 GHz扩展至19.4 GHz，覆盖L波段与Ku波段。
• 热调谐技术实现了滤波响应在整个L至Ku波段范围内的完全可重构。
• 实验上验证了可编程射频响应函数，包括二进制编码陷波滤波器和可重构滚降斜率的均衡滤波器。
• 该方法在紧凑的片上集成光子平台上，利用孤子晶格微梳实现了高性能与高灵活性。