طراحی و شبیه‌سازی یک مشدد نوری مجتمع و کاربرد آن در نوسان‌ساز مایکروویوفوتونیک مجتمع

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

چکیده

نوسان‌سازهای مایکروویوفوتونیک بر پایه مشدد نوری مجتمع از فناوری‌های پیشتاز در حوزه تولید سیگنال مایکروویو با نویز فاز کم به شمار می‌روند. یکی از مزایای استفاده از مشدد نوری مجتمع به عنوان المان نوری ذخیره‌ساز انرژی در نوسان‌ساز مایکروویوفوتونیک به‌جای یک فیبر نوری طویل این است که ابعاد این نوسان‌ساز را به شکل قابل‌توجهی کاهش می‌دهد، و همین کاهش طول، حساسیت به شرایط محیطی را کاهش می‌دهد و باعث صرفه جویی در انرژی و هزینه می‌شود. در این مقاله دو مشدد نوری مجتمع مبتنی بر موجبر براگ گریتینگ طراحی و شبیه سازی شده است و کاربرد آن در نوسان‌ساز مایکرویوفوتونیک مجتمع بررسی شده است. در این مقاله دو نوع مشدد نوری مجتمع شبیه‌سازی شده است: 1) مشدد تغییر دهنده فاز براگ گریتینگ و 2) مشدد Moiré براگ گریتینگ. هر دو مشدد در طول موج nm1549دچار تشدید می‌شوند. مشددهای شبیه‌سازی شده در نوسان‌ساز مایکروویوفوتونیک به کار برده شده‌اند، و نوسان ساز مایکرویوفوتونیک در فرکانس GHz20 دارای نوسان هستند. نویز فاز مربوط به نوسان‌سازها بر اساس مدل لیسون محاسبه شده است که در انحراف فرکانس kHz 10 از فرکانس نوسان GHz 20 دارای نویز فاز dBc/Hz93- هستند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and Simulation of an Integrated Optical Resonator and its Application in Integrated Microwave Photonic Oscillators

نویسندگان [English]

  • F. Javadi 1
  • S. Esmail Hosseini 2
1 Department of Communications and Electronics, School of Electrical and Computer Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 Department of Communications and Electronics, School of Electrical and Computer Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Microwave photonic oscillator based on optical resonator is one of the leading technologies in the field of microwave signal generation with low phase noise. There are several advantages of using an integrated optical resonator as an energy storage optical element in a microwave photonic oscillator instead of a long optical fiber, such as it significantly reduces dimentions of the oscillator, reduces sensitivity to environmental conditions, etc.. In this paper, two integrated Bragg grating optical resonator are designed and simulated and their applications in an integrated microwave photonic oscillator is investigated. Two types of integrated optical resonator are designed and simulated; I) phase shifted Bragg grating, and II) Moiré Bragg grating. Both resonators have resonance at 1549 nm. The simulated resonators are used in a microwave photonic oscillator and oscillate at a frequency of 20 GHz. Phase noise of the oscillators is calculated based on the Leeson model. By using these integrated optical resonators a phase noise of about -93 dBc/Hz at 10 kHz offset frequency from 20 GHz oscillation is achieved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Integrated optical resonator
  • microwave photonic oscillator
  • and phase noise

مراجع

[1] Guillaume De Giovanni and Michel Chomiki, "New phase noise measurement techniques & ultra-low noise SAW oscillators," in 10.1109/FREQ.2010.5556361, Newport Beach, CA, USA, 2012.
[2] Vincent Giordano, Christophe Fluhr and Serge Grop and Benoît Dubois, "Tests of Sapphire Crystals Manufactured With Different Growth Processes for Ultra-Stable Microwave Oscillators," IEEE, vol. 64, no. 1, pp. 78 - 85, 2016.
[3] B. Lin, Bo Lin, Biwei Pan, Zheng Zheng and Ming Li and Swee Chuan Tjin, "A review of photonic microwave generation," in IEEE Optoelectronics Global Conference, Shenzhen, China, 2016.
[4] Ilchenko, "Miniature oscillators based on optical whispering gallery mode resonators, Frequency Control Symposium," in IEEE International Frequency Control Symposium, Honolulu, HI, USA, 2008.
[5] شهریار فرهادی, مهدی میری و محمد حسین شیخی, «کوچک     سازی و افزایش پهنای باند تفکیک کننده قطبش ماخ – زندر با استفاده از تزویجگر چندمُدِ غیریکنواخت»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 49، شماره 2، صفحه 745-735، 1398.
[6] Zhou Fang, Qiu Yu Chen and Ce Zhou Zhao, "review of recent progress in lasers on silicon," Optics & Laser Technology, no. 46, p. 103–110, 2013.
[7] G. T. Reed, G. Mashanovich and F. Y. Gardes, "Silicon optical modulators," Nature Photonics, no. 4, p. 18–526, 2010.
[8] Molly Piels and John Edward Bowers, "Photodetectors for silicon photonic integrated circuits," University of California Santa, pp. 4-30, 2016.
[9] Yao and L Maleki, "A Novel High frequency optical subcarrier generator," Electronics Letters, vol. 30, no. 18, pp. 1525 – 1526,, 1994.
[10] L. Maleki, "The Opto-Electronic Oscillator (OEO): Review and recent progress," in European Frequency and Time Forum, Gothenburg, Sweden, 2012.
[11] Marcus Bagnell and Peter J. Delfyett, "Optoelectronic Oscillator Using an Ultra-High Finesse Fabry-Perot Etalon as a Photonic Filter for Low Phase Noise at High Oscillating Frequencies," in IEEE International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP), Alexandria, VA, USA, 2013.
[12] Saleh, K., Merrer and P. H., Llopis, "Optoelectronic oscillator based on fiber ring resonator: Overall system optimization and phase noise reduction," in IEEE International Frequency Control Symposium Proceedings, Baltimore, MD, USA, 2013.
[13] Li, Ming, et al. "Tutorial on optoelectronic oscillators." APL Photonics 6.6 (2021): 061101.
[14] Hao, Tengfei, et al. "Recent advances in optoelectronic oscillators." Advanced Photonics 2.4 (2020): 044001.
[15] Ilgaz, Mehmet Alp, and Bostjan Batagelj. "Opto-electronic oscillators for micro-and millimeter wave signal generation." Electronics 10.7 (2021): 857.
[16] A. Savchenkov, V. S. Ilchenko and J. Byrd, "Whispering gallery mode based optoelectronic microwave oscillator," Journal of Modern Optics, vol. 50, pp. 2523-2542, 2008.
[17] Dirk Taillaert, Harold Chong and Peter I. Borel, "A compact two-dimensional grating coupler used as a polarization splitter," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 15, no. 9, p. 1249–1251, 2003.
[18] P. Prabhathan, V. M. Murukeshan, Zhang Jing and Pamidighantam V, "Compact SOI nanowire refractive index sensor using phase shifted Bragg grating," Optical Society of America, vol. 17, no. 17, pp. 15330-15341, 2009
[19] D. Reid, C. Ragdale and I. Bennion, "Phase-shifted Moire grating fibre resonators," Electron. Lett, vol. 26, no. 1, p. 10–12, 1990.
[20] N. A. F. Jaeger and L. Chrostowski, "fully tailorable integrated-optic resonators based on chirped waveguide Moiré gratings," Optica, vol. 7, no. 6, pp. 647-657, 2020.
[21] مسعود کامران کشتیبان, کامبیز عابدی و محمد جواد شریفی, «طراحی مفهومی فیلتر نوری ماخ-زندر مبتنی بر بلور فوتونی دو بعدی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 49، شماره 1، صفحه 228-221، 1398.
[22] Enrico Rubiola, Phase Noise and Frequency Stability in Oscillators, UK: Cambridge University Press.
[23] S. Esmail Hosseini, Ali Banai and Franz X. Kärtner, "Low-drift optoelectronic oscillator based on a phase modulator in a sagnac loop," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 65, no. 7, pp. 2617-2624, 2017.
[24] MandanaJahanbozorgi, S.Esmail Hosseini, SajadJahanbakht and KambizJamshidi, "Dispersion effects on the performance of whispering gallery mode based optoelectronic oscillators," Optics & Laser Technology, vol. 135, 2021.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار