Erittäin vähäkohinaisten mikro- ja millimetriaaltosignaalin generointia

KAISTin tutkijat ovat osoittaneet sirumittakaavan fotonisen lähestymistavan erittäin vähäkohinaisten ja vakaiden mikroaalto- ja millimetriaaltosignaalien tuottamiseksi optisten taajuuskampojen (mikrokampojen) avulla. Tämä tarjoaa potentiaalisen polun kohti kompakteja ja tehokkaita taajuuslähteitä seuraavan sukupolven teknologioita varten.

Kymmenien tai satojen gigahertsien suurtaajuussignaalit ovat välttämättömiä uusille sovelluksille, kuten 6G-viestinnälle, tutkalle ja tarkkuusantureille. Alhaisen kohinan ja korkean vakauden saavuttaminen näillä taajuuksilla on kuitenkin edelleen perustavanlaatuinen haaste perinteisille elektronisille signaalilähteille.

Ensimmäisessä tutkimuksessa tutkijat käsittelivät pitkäaikaista haastetta optisen referenssin vakauden siirtämisessä mikrokampaan.

Suora stabilointi on vaikeaa, koska korkean toistotaajuuden mikrokammoissa ei havaita kantoaallon verhokäyrän siirtymää. Tämän ratkaisemiseksi he käyttivät moodilukittua laseria siirto-oskillaattorina ja synkronoivat sen mikrokampaan sähköoptisen näytteenoton avulla.

Tämä lähestymistapa mahdollisti optisen referenssin vakauden suoran ja luotettavan siirron mikrokamman toistotaajuuteen, saavuttaen suhteellisen taajuusvakauden 10⁻¹⁸ -tasolla ja -125 dBc/Hz vaihekohinan 100 Hz:n siirtymällä 22 GHz:n kantoaallosta. Tämä edustaa huippuluokan suorituskykyä ja yli 80 dB:n parannusta vapaasti toimivaan mikrokampaan verrattuna matalan siirtymän taajuusalueella.

Toisessa tutkimuksessa tiimi käsitteli kohinan heikkenemistä, jota tyypillisesti havaitaan mikrokampojen skaalauksessa suuremmille toistonopeuksille.

Vaikka pienemmän toistonopeuden omaavilla mikrokammoilla (suurilla resonaattoreilla) on paremmat kohinaominaisuudet, toistonopeuden nostaminen johtaa yleensä suorituskyvyn heikkenemiseen.

Tutkijat osoittivat, että tämä rajoitus voidaan voittaa käyttämällä täydellisiä solitonikiteitä (PSC), jotka mahdollistavat toistonopeuksien kertolaskun säilyttäen samalla alkuperäisen kamman alhaiset kohinaominaisuudet.

Tämän seurauksena he tuottivat millimetriaaltosignaaleja 44 GHz:n ja 66 GHz:n taajuuksilla, joiden ajoitusjitter oli luokkaa 3 femtosekuntia, mikä osoittaa, että mikroaaltotaajuuksilla toimivan mikrokamman alhainen kohinataso voidaan säilyttää millimetriaaltotaajuuksille skaalattaessa.

Yhdessä nämä tulokset osoittavat kaksi keskeistä ominaisuutta: (1) optisen referenssivakauden korkearesoluutioinen siirron sirumittakaavan mikrokampoihin ja (2) alhaisen kohinan säilyttäminen taajuusskaalauksen aikana millimetriaaltoalueille. Tämä yhdistetty ominaisuus tarjoaa käytännöllisen reitin kohti kompakteja fotonisia signaalilähteitä, jotka yhdistävät optisen tason vakauden korkeataajuiseen toimintaan.

Aiheesta aiemmin:

Korkealaatuisia mikroaaltosignaaleja fotonisirulta

Langattomuus haastaa valokuitujen nopeudet

Huonelämpöinen terahertsipiiri avaa oven 6G-verkkoihin