[论文解读] Phase-encoded RF signal generation based on an integrated 49GHz micro-comb optical source

Xingyuan Xu, Mengxi Tan+9 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2019

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 45被引用 9

一句话总结

本论文展示了一种利用集成49 GHz微梳光源自动生成相位编码射频（RF）信号的光子学方法。通过采用可编程波长信道权重的横向滤波结构，该系统无需依赖传统的射频信号发生器或任意波形发生器，即可生成可重构的相位编码波形，实现了高达6 Gb/s的相位编码速率和60个波长信道下的30倍脉冲压缩比。

ABSTRACT

We demonstrate photonic RF phase encoding based on an integrated micro-comb source. By assembling single-cycle Gaussian pulse replicas using a transversal filtering structure, phase encoded waveforms can be generated by programming the weights of the wavelength channels. This approach eliminates the need for RF signal generators for RF carrier generation or arbitrary waveform generators for phase encoded signal generation. A large number of wavelengths of up to 60 were provided by the microcomb source, yielding a high pulse compression ratio of 30. Reconfigurable phase encoding rates ranging from 2 to 6 Gb/s were achieved by adjusting the length of each phase code. This work demonstrates the significant potentials of this microcomb-based approach to achieve high-speed RF photonic phase encoding with low cost and footprint.

研究动机与目标

• 消除在相位编码射频信号生成中对传统射频信号发生器和任意波形发生器的依赖。
• 展示一种紧凑、低成本的光子学解决方案，利用集成微梳技术实现高速射频相位编码。
• 通过微梳线的波分复用，实现高光谱效率和大脉冲压缩比。
• 通过动态调整码长和信道权重，实现可重构的相位编码速率。

提出的方法

• 集成49 GHz微梳光源提供多达60个波长信道，作为宽带光载波。
• 通过横向滤波结构对微梳光谱进行整形，生成单周期高斯脉冲副本。
• 通过编程各波长信道的幅度和相位权重，合成相位编码波形。
• 系统采用基于马赫-曾德尔干涉仪的架构，对各波长信道进行相干合并，并施加受控相移。
• 通过调整活动信道数量及其相应权重，实现相位码的可重构，从而支持可变数据速率。
• 所有光信号处理均在光域内完成，避免了射频生成中的电子瓶颈。

实验结果

研究问题

• RQ1 集成微梳光源能否替代传统射频信号发生器和任意波形发生器，用于相位编码射频信号生成？
• RQ2 在具有可重构码长的微梳基光子系统中，最大可实现的相位编码速率是多少？
• RQ3 微梳中波长信道数量增加时，脉冲压缩比如何变化？
• RQ4 与电子方法相比，这种全光相位编码方法在光谱效率和占用面积方面有何优势？
• RQ5 该系统在不同相位码模式和数据速率下是否能保持信号完整性和可重构性？

主要发现

• 利用49 GHz微梳光源的60个波长信道，系统实现了30倍的脉冲压缩比。
• 通过改变相位码长度，实现了2至6 Gb/s的可重构相位编码速率。
• 微梳光源提供了稳定、宽带的光载波，具备多达60个相干波长信道。
• 光子学方法消除了对电子射频信号发生器和任意波形发生器的需求。
• 横向滤波结构实现了对各波长分量幅度和相位的精确控制，从而形成所需的相位编码波形。
• 由于采用集成光学和全光信号处理，该系统展现出低占用面积和低成本潜力。