[论文解读] 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 16

一句话总结

该论文提出了一种使用级联49 GHz和200 GHz集成微环谐振器（MRRs）的可调谐射频和微波光子边带生成器，通过调节输入光的偏振角，实现了21.4 GHz范围内的连续射频频率调谐，并获得了高达57.3 dB的光载波-边带功率比。该器件通过使用TE-和TM-偏振MRRs进行偏振复用，生成正交偏振的光单边带（OP-OSSB）信号，为雷达和通信系统提供了宽带、连续可调的光子信号处理方案。

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.

研究动机与目标

• 开发一种用于射频和微波应用的连续可调谐光子边带生成器。
• 利用集成光子器件实现超宽带、高保真度的光单边带（OSSB）生成。
• 通过热调谐和偏振调控实现对射频频率和光载波-边带功率比的独立控制。
• 展示一种紧凑、集成化的光子射频信号处理解决方案，具备高可调性和动态范围。

提出的方法

• 系统采用工作在49 GHz和200 GHz的双级联微环谐振器（MRRs），各自被调谐至特定的偏振态（TE和TM）。
• 利用MRRs的偏振选择性响应，将输入的双边带信号分离为正交偏振分量。
• 通过独立调节两个MRR的热控参数，控制生成边带的射频频率，实现21.4 GHz的调谐范围。
• 通过改变输入光的偏振角，动态调节光载波-边带功率比，最高可达57.3 dB。
• 该器件利用集成Si3N4波导的高Q值和低传播损耗，支持高精细度谐振滤波。
• 该架构通过MRR中的一体化干涉效应，选择性抑制一个边带，从而实现正交偏振光单边带（OP-OSSB）的生成。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用集成MRRs在宽频带范围内实现光子边带生成器的连续射频频率调谐？
• RQ2 能否在紧凑的集成平台上通过偏振调谐实现光载波-边带功率比的动态控制？
• RQ3 具有不同自由光谱范围（49 GHz和200 GHz）的双级联MRR是否能够实现高精细度、可调谐的OSSB生成？
• RQ4 在基于偏振复用MRR的系统中，光载波-边带功率比的可实现调谐范围和动态范围是多少？

主要发现

• 通过独立控制两个级联MRR的热调谐，器件实现了21.4 GHz的连续射频频率调谐范围。
• 通过调节输入光的偏振角，实现了最高达57.3 dB的光载波-边带功率比。
• 系统成功利用TE-和TM-偏振MRR中的偏振复用，生成了正交偏振的光单边带（OP-OSSB）信号。
• 采用49 GHz和200 GHz的MRR实现了高精细度滤波和超宽带工作，且平台紧凑集成。
• 由于MRR的偏振选择性响应和精确的热调谐，该器件表现出高稳定性和低串扰特性。