基于多芯光纖的非均勻間隔光延遲線在微波信號處理中的應(yīng)用

逍遙設(shè)計(jì)自動化 · 發(fā)表于昨天 08:00

引言
微波光子技術(shù)(MWP)是一個關(guān)鍵領(lǐng)域,用于利用光子技術(shù)生成、處理、控制和分配射頻(RF)信號。MWP的一個重要功能是微波濾波,在處理寬帶和高頻微波信號方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)的MWP濾波器在非相干狀態(tài)下工作,通過組合輸入信號的正振幅、調(diào)整幅度和時延復(fù)制品。然而,這些全正系數(shù)濾波器存在局限性,包括基帶處的一致諧振和較差的選擇性。

為克服這些限制,研究人員提出了能處理負(fù)系數(shù)或復(fù)系數(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在各種設(shè)計(jì)中,非均勻間隔延遲線方法提供了吸引人的優(yōu)勢。這種技術(shù)使用非均勻時間延遲間隔和僅正抽頭實(shí)現(xiàn)任意帶通濾波,簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),更適合需要負(fù)系數(shù)或復(fù)系數(shù)的微波光子FIR濾波器應(yīng)用。

本文探討了利用多芯光纖(MCFs)進(jìn)行微波信號處理的非均勻間隔光延遲線的新穎應(yīng)用。文中提出了基于異質(zhì)32芯光纖設(shè)計(jì)的可調(diào)諧方法,并使用均質(zhì)7芯光纖進(jìn)行了三個關(guān)鍵應(yīng)用的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn):平頂帶通濾波、分?jǐn)?shù)希爾伯特變換和微波脈沖相位編碼[1]。

異質(zhì)多芯光纖設(shè)計(jì)
本研究提出了一種新穎的32芯異質(zhì)MCF設(shè)計(jì),每個芯的色散曲線經(jīng)過定制。這種設(shè)計(jì)在30 nm光波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了可調(diào)性,為各種微波信號處理應(yīng)用提供了靈活性。該光纖包含四種不同的預(yù)制棒,具有不同的折射率分布:溝輔助三角形指數(shù)、三角形指數(shù)和兩種溝輔助階躍指數(shù)分布。

圖1顯示了四種不同預(yù)制棒的芯折射率分布,以及設(shè)計(jì)的32芯光纖的橫截面區(qū)域,包括芯分配。

這些芯的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在1530 nm波長處呈現(xiàn)7.0到22.0 ps/(km?nm)的色散值。這種非均勻色散分布允許通過選擇不同的芯組合來實(shí)現(xiàn)各種微波信號處理功能。

圖2顯示了設(shè)計(jì)的32芯光纖每個芯的光譜群延遲和色散,以及不同信號處理應(yīng)用的建議芯組合。

對32芯MCF設(shè)計(jì)的性能進(jìn)行了評估,包括群延遲、色散和對制造誤差的抵抗能力。分析表明,通過在30 nm范圍內(nèi)改變光波長,樣本之間的基本延遲可調(diào)至40 ps/km。

實(shí)驗(yàn)演示
作為概念驗(yàn)證,研究人員使用均質(zhì)7芯光纖結(jié)合外部可變延遲線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)演示。實(shí)現(xiàn)并測試了三個關(guān)鍵的微波信號處理應(yīng)用:

1. 平頂帶通濾波器
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個中心頻率為10 GHz的平頂帶通濾波器,使用5和7個芯/抽頭。實(shí)驗(yàn)設(shè)置利用相位調(diào)制和25 km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖鏈路的組合來消除基帶諧振并實(shí)現(xiàn)帶通功能。

圖3顯示了使用5和7個芯的帶通平頂濾波器的測量和模擬頻率響應(yīng)。

結(jié)果顯示成功實(shí)現(xiàn)了中心頻率為10 GHz的平頂頻率響應(yīng)帶通濾波器。使用5和7個抽頭/芯時,測量的濾波器帶寬分別為4.67和5.03 GHz,基帶諧振衰減約30 dB。

2. 微波分?jǐn)?shù)希爾伯特變換器
研究人員構(gòu)建了一個分?jǐn)?shù)希爾伯特變換器(FHT),用于8 GHz處的不同相移,對應(yīng)的分?jǐn)?shù)階從0.22到1.00。實(shí)驗(yàn)設(shè)置使用強(qiáng)度調(diào)制,并使用可變光衰減器和可變延遲線調(diào)整每個芯的功率幅度和群延遲。

圖4顯示了各種分?jǐn)?shù)階的模擬和測量FHT相位響應(yīng)。

FHT性能分析顯示,根據(jù)分?jǐn)?shù)階的不同,波紋和相位偏差有所變化,波紋值在1.25°到4.76°之間,相位偏差在-2.87°到2.46°之間。

此外,研究團(tuán)隊(duì)對高斯形脈沖進(jìn)行了實(shí)時FHT,以評估系統(tǒng)性能。

圖5顯示了對高斯輸入脈沖應(yīng)用不同分?jǐn)?shù)階時的模擬和測量時域FHT響應(yīng)。

3. 微波脈沖相位編碼器
研究人員實(shí)現(xiàn)了巴克碼和四元巴克碼七位序列的微波脈沖相位編碼器。實(shí)驗(yàn)設(shè)置使用3.125 Gb/s強(qiáng)度調(diào)制微波信號,對應(yīng)于脈沖模式。

圖6顯示了巴克相位編碼微波信號的測量波形、相移和自相關(guān)。

圖7顯示了四元巴克相位編碼微波信號的測量波形、相移和自相關(guān)。

結(jié)果顯示成功實(shí)現(xiàn)了巴克和四元巴克碼序列,相移和壓縮比與理論預(yù)測非常接近。

結(jié)論
本文介紹了利用多芯光纖進(jìn)行微波信號處理的非均勻間隔光延遲線概念。研究提出了新穎的異質(zhì)32芯光纖設(shè)計(jì),通過利用每個芯的空間多樣性和定制色散曲線,實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧和可擴(kuò)展的應(yīng)用。使用均質(zhì)7芯光纖的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明了實(shí)現(xiàn)各種微波信號處理功能的可行性,包括平頂帶通濾波、分?jǐn)?shù)希爾伯特變換和微波脈沖相位編碼。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比,該方法具有多項(xiàng)優(yōu)勢,包括增加了多功能性,減小了尺寸、重量和功耗。通過利用MCF的空間多樣性,該方法為需要負(fù)系數(shù)的微波光子應(yīng)用提供了緊湊的解決方案。這種方法獲得的能量效率對下一代信息和通信系統(tǒng)特別重要,例如6G無線接入網(wǎng),需要通過幾公里長的鏈路分配先進(jìn)處理的信號。

參考文獻(xiàn)
[1] M. A. González, E. Nazemosadat and I. Gasulla, "Multicore Fiber Nonuniformly-Spaced Optical Delay Line for Microwave Signal Processing," in IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, 2024, doi: 10.1109/JLT.2024.3470023.
END
$ L1 y) J/ j/ s1 p8 e

軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請體驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請

歡迎轉(zhuǎn)載

轉(zhuǎn)載請注明出處，請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！

, D. Y$ ~; P; Q: }

關(guān)注我們

' W# A' y: v6 O, N: e1 d

關(guān)于我們：
深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

http://www.latitudeda.com/
（點(diǎn)擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）

基于多芯光纖的非均勻間隔光延遲線在微波信號處理中的應(yīng)用

發(fā)表回復(fù)

精選推薦

站長推薦 /1