of the bandpass can be programmed providing full amplitude and wavelength tunability of the resonances that compose the shaped spectrum and, therefore the time characteristics of the burst signal. Some interesting figures of the chip are the fol-lowing: SOI technology with a footprint of 0.1 mm x 1.2 mm, total optical loss of the PIC: 25 dB with a main contribution (10 dB) from each fiber to chip coupling interface. Tuning speed (millisecond to microsecond range). The most salient feature of this configuration is its versatility in terms of the burst shape which can be reconfigured and the output central frequency which can be easily tuned up to 60 GHz Another application field of interest is the photonic generation of chirped microwave pulses featuring a broad frequency operation range and high values of time-bandwidth product. Several applications benefit from these features, such as spread spectrum communications, pulsed compression radars or tomography for medical imaging [94]-[96]. We can find an approach to implementing microwave pulse compression using a photonic microwave filter with a fiber Bragg grating with a specific nonlinear phase response [94]. The key advantage of this approach is that the system can be implemented using pure fiber-optic components, which has the potential for integration. Also, chirped microwave pulses can be generated using nonuniformly spaced multiwavelength source and a length of dispersive fiber [95] and employing broadband optical sources with dispersive elements which second order dispersion is not negligible [96]
MWP signal processors have been proposed by researchers from Purdue University for the simultaneous waveform com- pression and dispersion post-compensation of ultrawideband antenna links [97] where, even, if the antenna gains are fre- quency independent, the propagation medium is dispersive. This has been achieved by using a RF photonic phase filter shown in Fig. 18. Initially, the impulse response of the antenna link was obtained using a 30 ps pulse [see Fig. 18(a)]. The dispersed RF signal detected by the antenna was then amplified by a broadband RF amplifier and then up-converted to optical frequencies using a MZ-modulator. The output of the MZ-mod- ulator was the injected to an SLM [97]. Only the phase of the optical signals was controlled, yielding a programmable MWP phase filter that allowed the realization of any arbitrary phase response. Fig. 18(b) shows the compressed voltage pulse with duration of 65 ps full-width at half-maximum (FWHM) (blue curve). The RF peak power gain was 5.52 dB. Assuming an ideal photonic phase filter with no limitations the pulse could be compressed up to 64 ps FWHM yielding a 8.67 dB of power gain (red curve) [97].
To experimentally validate the phase filter in radar applica- tions, two propagation paths, line-of-sight and reflection from a target, were implemented [see Fig. 18(a)]. The antennas were placed separated by about 1 m and they were tilted upwards in order to obtain two paths with equal transmission amplitude. The target was implemented using a metal plate placed 19 cm away from the line-of-sight path. The response from the two paths is displayed in Fig. 18(c). As it can be seen it was not precise enough to specify the presence of a target and its loca- tion. Fig. 18(d) shows the link response after applying the MWP phase filter. Two distinct pulses are clearly resolved, with sepa- ration of about 223 ps, which was in reasonable agreement with the calculated value [97].
A microwave bandpass differentiator is another key appli- cation recently proposed. A version based on an FIR photonic
microwave delay-line filter with nonuniformly spaced taps has been reported and experimentally demonstrated [98]. Fig. 19(left) shows the ideal response of a differentiator, while Fig. 19(a) displays the FIR of the required bandpass differen- tiator using uniformly spaced taps and Fig. 19(b) shows the FIR using nonuniformly spaced taps.
The six taps were generated using six wavelengths traveling through a dispersive fiber. The spectrum of the six-wavelength laser array is shown in Fig. 20(a). The measured magnitude and phase responses of the differentiator are shown in Fig. 20(b) and
(c), respectively. The time delay has been chosen to obtain the center frequency of the passband filter at 9.95 GHz. The simu- lated magnitudeandphase responseof thesix-tap FIRfilterhave been calculated using uniformly spaced taps generated with the coefficients shown in Fig. 19 (Lower right). To show recon- figurability of the differentiator a similar implementation has been done at the center frequency of 8.53 GHz. Fig. 20(d)–(f) shows the taps and the magnitude and phase responses of the differentiator.
A broadband incoherent light, previously filtered, is tempo- rally modulated by the microwave signal to be transformed. The output is injected to a linear optical dispersive medium. In order to achieve the desired impulse response, the output from the dispersive medium is filtered with a dispersion-unbalanced op- tical interferometer as shown in the upper part of Fig. 21. A balanced detection scheme was used to cancel out the common background light. To validate the concept a real-time Fourier transformation (RTFT) of GHz-bandwidth microwave signals was implemented [100], including a square-like waveform, a sinusoidal pulse and a double pulse waveform.
Another example of application is connected to microwave radars where the pulses are usually phase-coded and a matched filter (correlator) is used to detect the signal. A nonuniformly spaced MWP delay-line filter has been proposed in for this ap- plicationin[99].
An interesting field for the MWP application is the develop- ment devices performing a real time operations over microwave signals [100]–[103]. A first example is the Fourier transforma- tion (RTFT) in the microwave region [100].
The lower part of Fig. 21 shows the experimental results for the RTFT of a sinusoid electrical pulse: The measured input
intensity waveform after light modulation, and the measured intensity waveform at the output of the created microwave dispersive filter. The measured waveform in full time scale is also shown in the inset together with the numerically cal- culated Fourier transform amplitude of the measured input time waveform. A second example is a method for ultrafast photonic time-intensity integration of an arbitrary microwave temporal waveform which has been demonstrated [101]. The
method is based on the superposition of mutually incoherent, continuously time-delayed replicas of the optical intensity waveform to be processed.
Finally, in connection to telecommunication applications, it is worth noticing a transceiver design based on the adaptation of a selective MWP filter by the incorporation of a tunable inter- ferometric structure between the light source and a phase mod- ulator. This transceiver offers the possibility to transmit and se- lect SCM electrical signals in a frequency range established by the phase-to-intensity conversion response [104].
VII. SUMMARY,CONCLUSIONS, AND FUTURE DIRECTIONS
We have presented and reviewed the most significant ad- vances in the field of MWP signal processing developed during the last years. Special attention has been paid to describe the novel techniques developed in order to overcome the major limitations of these subsystems under incoherent regime. The new and emergent field of integrated MWP filters has been presented and though still in its infancy, it is clearly an exciting future direction of research. The considerable development of this field during the period under review has crystalized as well in a number of novel application fields, both in the time and the frequency domain, some of which have been presented and reviewed as well. Next years will for sure witness novel efforts directed towards the implementation of a fully integrated MWP signal processor on a chipset. Novel materials and the exploitation of nonlinear effects in integrated waveguides will most probably enable future developments. This will, no doubt, open the way to new and cost-effective subsystems capable of supporting current application needs as well as future ones yet to be unveiled.
ACKNOWLEDGMENT
The authors would like to thank Prof. R. Minasian, Dr.
E. Chan (University of Sydney), Prof. A. M. Weiner (Purdue University), Prof. J. Yao (University of Ottawa), Prof. J. Azaña (INRS, Canada), and Dr. B. Vidal (UPVLC) for their support in the preparation of this manuscript.
ของ bandpass สามารถตั้งโปรแกรมให้เต็มความกว้างและความยาวคลื่น tunability ของ resonances ที่ประกอบด้วยสเปกตรัมรูปและ ดังนั้นเวลาลักษณะของสัญญาณระเบิด บางตัวเลขที่น่าสนใจของชิพมีการ fol-ควายเหล็ก: ซอยเทคโนโลยีกับรอยเท้าของ 0.1 มม. x 1.2 มม. รวมแสงหาย PIC: dB 25 กับหลักร่วม (10 dB) จากเส้นใยแต่ละชิ coupling อินเตอร์เฟซ ปรับแต่งความเร็ว (มิลลิวินาที microsecond ช่วง) คุณลักษณะเด่นที่สุดของการกำหนดค่านี้มีความคล่องตัวของร่างระเบิดซึ่งสามารถกำหนดค่าใหม่และที่กลางความถี่ซึ่งสามารถเป็นได้อย่างง่ายดายปรับถึง 60 GHz เขตข้อมูลโปรแกรมประยุกต์อื่นน่าสนใจเป็นการสร้างการดำเนินงานช่วงความถี่กว้างและสูงค่าของแบนด์วิดท์เวลากะพริบไมโครเวฟ chirped photonic โปรแกรมประยุกต์ต่าง ๆ ได้รับประโยชน์จากคุณลักษณะเหล่านี้ เช่นแพร่กระจายคลื่นสื่อสาร บีบอัดพัล radars หรือเครื่องเอ็กซเรย์คอมพิวเตอร์สำหรับภาพทางการแพทย์ [94] - [96] เราสามารถค้นหาวิธีการการใช้ไมโครเวฟชีพจรรวมตัวไมโครเวฟ photonic ด้วย fiber Bragg ลูกกรง มีการตอบสนองระยะเฉพาะไม่เชิงเส้น [94] ข้อดีหลักของวิธีการนี้เป็นที่ระบบสามารถนำมาใช้โดยใช้ส่วนประกอบของไฟเบอร์บริสุทธิ์ ที่มีศักยภาพสำหรับการรวม ยัง กะพริบไมโครเวฟ chirped สามารถสร้างขึ้นด้วย nonuniformly ลที่ multiwavelength แหล่งและความยาวของใย dispersive [95] และใช้บรอดแบนด์แสงแหล่งองค์ dispersive เธนที่สั่งสองไม่ระยะ [96]MWP ตัวประมวลผลสัญญาณที่ได้รับการเสนอ โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเพอร์ดูรูปคลื่นพร้อม com-pression และกระจายตัวแทนหลังเชื่อมโยงเสา ultrawideband [97] ที่ แม้ หากกำไรเสา quency ฟรีอิสระ เผยแพร่สื่อมี dispersive นี้มีการทำได้ โดยใช้ filter ระยะ photonic RF ที่แสดงใน Fig. 18 เริ่มแรก การตอบสนองกระแสของการเชื่อมโยงเสากล่าวใช้ชีพจร 30 ps [ดู Fig. 18(a)] เสาอากาศตรวจจับสัญญาณ RF ที่กระจัดกระจายถูก amplified โดย amplifier RF แบบบรอดแบนด์แล้วแล้ว ขึ้นแปลงเป็นความถี่แสงที่ใช้ MZ-modulator ผลผลิตของ MZ-mod-ulator ถูกฉีดผิด SLM [97] เฉพาะเฟสของสัญญาณแสงที่ถูกควบคุม การโปรแกรม MWP ระยะ filter ที่สามารถรับรู้ตอบสนองใด ๆ ขั้นตอนการกำหนดผลผลิต Fig. 18(b) แสดงชีพจรแรงบีบ ด้วยระยะเวลาของ 65 ps กว้างเต็มที่สูงสุดครึ่ง (FWHM) (เส้นโค้งสีฟ้า) ได้รับพลังงานสูงสุด RF 5.52 dB สมมติว่า filter มีระยะเหมาะ photonic มีข้อจำกัดไม่มีชีพจรอาจจะบีบอัดสูงสุด 64 ps FWHM ผลผลิต dB 8.67 ของพลังงานกำไร (เส้นโค้งสีแดง) [97]เพื่อ experimentally ตรวจสอบ filter ระยะเรดาร์ applica tions เผยแพร่เส้นทางที่สอง บรรทัดของสายตา และ reflection จากเป้าหมาย ดำเนินการ [ดู Fig. 18(a)] เสาอากาศถูกวางแยก โดยประมาณ 1 เมตร และจะถูกยืดขึ้นเพื่อให้ได้เส้นทางที่สอง ด้วยคลื่นส่งเท่า เป้าหมายที่ดำเนินการโดยใช้แผ่นโลหะวาง 19 ซม.จากเส้นบรรทัดของสายตา การตอบสนองจากเส้นทางสองจะแสดงอยู่ใน Fig. 18(c) สามารถเห็น ได้ไม่ชัดเจนพอที่จะระบุสถานะของเป้าหมายและของสเตรชันติดทะเล Fig. 18(d) แสดงการเชื่อมโยงตอบสนองหลังจากการใช้ filter ระยะ MWP กะพริบสองความแตกต่างที่ชัดเจนแก้ไข กับ sepa-อาหารของ ps ประมาณ 223 ซึ่งในข้อตกลงที่เหมาะสมกับค่าคำนวณได้ [97]มีไมโครเวฟ bandpass differentiator เป็นอีกคีย์ appli-cation เพิ่ง เสนอ รุ่นตามตัวเฟอร์ photonicfilter ระหว่างสายไมโครเวฟกับก๊อก nonuniformly ลที่ได้รับรายงาน และสาธิต [98] experimentally Fig. 19(left) แสดงการตอบสนองที่เหมาะของการ differentiator ในขณะที่ Fig. 19(a) แสดงเฟอร์ของ bandpass ต้อง differen tiator ใช้สม่ำเสมอเมื่อเทียบเคียงระยะห่างก๊อก และ Fig. 19(b) แสดงเฟอร์ใช้ก๊อก nonuniformly ลที่ก๊อกหกถูกสร้างโดยใช้ความยาวคลื่น 6 เดินทาง dispersive fiber แสดงสเปกตรัมของเรย์เลเซอร์ความยาวคลื่น 6 ใน Fig. 20(a) การวัดขนาดและระยะการตอบสนองของ differentiator ที่แสดงใน Fig. 20(b) และ(c), respectively. The time delay has been chosen to obtain the center frequency of the passband filter at 9.95 GHz. The simu- lated magnitudeandphase responseof thesix-tap FIRfilterhave been calculated using uniformly spaced taps generated with the coefficients shown in Fig. 19 (Lower right). To show recon- figurability of the differentiator a similar implementation has been done at the center frequency of 8.53 GHz. Fig. 20(d)–(f) shows the taps and the magnitude and phase responses of the differentiator.A broadband incoherent light, previously filtered, is tempo- rally modulated by the microwave signal to be transformed. The output is injected to a linear optical dispersive medium. In order to achieve the desired impulse response, the output from the dispersive medium is filtered with a dispersion-unbalanced op- tical interferometer as shown in the upper part of Fig. 21. A balanced detection scheme was used to cancel out the common background light. To validate the concept a real-time Fourier transformation (RTFT) of GHz-bandwidth microwave signals was implemented [100], including a square-like waveform, a sinusoidal pulse and a double pulse waveform.Another example of application is connected to microwave radars where the pulses are usually phase-coded and a matched filter (correlator) is used to detect the signal. A nonuniformly spaced MWP delay-line filter has been proposed in for this ap- plicationin[99].An interesting field for the MWP application is the develop- ment devices performing a real time operations over microwave signals [100]–[103]. A first example is the Fourier transforma- tion (RTFT) in the microwave region [100].The lower part of Fig. 21 shows the experimental results for the RTFT of a sinusoid electrical pulse: The measured inputintensity waveform after light modulation, and the measured intensity waveform at the output of the created microwave dispersive filter. The measured waveform in full time scale is also shown in the inset together with the numerically cal- culated Fourier transform amplitude of the measured input time waveform. A second example is a method for ultrafast photonic time-intensity integration of an arbitrary microwave temporal waveform which has been demonstrated [101]. Themethod is based on the superposition of mutually incoherent, continuously time-delayed replicas of the optical intensity waveform to be processed.Finally, in connection to telecommunication applications, it is worth noticing a transceiver design based on the adaptation of a selective MWP filter by the incorporation of a tunable inter- ferometric structure between the light source and a phase mod- ulator. This transceiver offers the possibility to transmit and se- lect SCM electrical signals in a frequency range established by the phase-to-intensity conversion response [104].VII. SUMMARY,CONCLUSIONS, AND FUTURE DIRECTIONSWe have presented and reviewed the most significant ad- vances in the field of MWP signal processing developed during the last years. Special attention has been paid to describe the novel techniques developed in order to overcome the major limitations of these subsystems under incoherent regime. The new and emergent field of integrated MWP filters has been presented and though still in its infancy, it is clearly an exciting future direction of research. The considerable development of this field during the period under review has crystalized as well in a number of novel application fields, both in the time and the frequency domain, some of which have been presented and reviewed as well. Next years will for sure witness novel efforts directed towards the implementation of a fully integrated MWP signal processor on a chipset. Novel materials and the exploitation of nonlinear effects in integrated waveguides will most probably enable future developments. This will, no doubt, open the way to new and cost-effective subsystems capable of supporting current application needs as well as future ones yet to be unveiled.ACKNOWLEDGMENTThe authors would like to thank Prof. R. Minasian, Dr.E. Chan (University of Sydney), Prof. A. M. Weiner (Purdue University), Prof. J. Yao (University of Ottawa), Prof. J. Azaña (INRS, Canada), and Dr. B. Vidal (UPVLC) for their support in the preparation of this manuscript.
การแปล กรุณารอสักครู่..