ULTRA FLAT OPTICAL FREQUENCY COMB GENERATION TAKING INTO ACCOUNT DYNAMICS OF CASCADED MODULATION FOR ENHANCING 5G AND BEYOND (2024)
The versatility of optical frequency combs in test and measurement has grown. Spectroscopy,
metrology, precision distance measuring, sensing, optical and microwave waveform synthesis, signal processing, and communications are examples. Bandwidth optimization is crucial. Our unique and simple method for C-band millimeter-wave double-sideband vector signal creation was tested. This approach cascades one single-drive and one push-pull Mach-Zehnder modulator. After driving the first one with a 2, 4, 8, 16, 32, 64 GHz RF pulse, an optical frequency comb with six flat carriers was formed.
The outputs were evaluated after each of the five stages following careful tuning to meet optical system harmonics. Multiple frequencies can be sent in one channel, making this architecture adaptable and scalable. For the suggested approach, experimental results match theoretical and simulation assessments.
Идентификаторы и классификаторы
An optical frequency comb (OFC) technology reinvented optical communications through its many applications, DWDM and OFDM, which split data into several subcarriers, are highlighted as key applications. These subcarriers are generated and manipulated by OFCs, ensuring fast and reliable transmission. In time-division multiplexing and ultrafast spectroscopy, the method generates brief laser pulses for accurate temporal synchronization. Additionally, OFC is used in optical arbitrary waveform generation (OAWG) to synthesize complicated waveforms with great precision for signal processing, waveform shaping, and advanced modulation technology [1]–[4]. DWDM, OFDM, short pulse generation, and OAWG all use OFC technology, which is versatile and essential to optical communications.
Cascading intensity and phase modulators with an RF source generate low-duty-cycled periodic optical signals for OFC synthesis[5][7]. We use signal-driven intensity modulator (IM) and phase modulator to create an ultra-flat OFC generator, unlike earlier microwave frequencydriven techniques. The new method, developed by Oleg G. Morozov [8]–[11]. Using of electrooptic modulators have to provide a simpler, more stable, and easily tuning OFC for a cost-effective
solution that supports a wide range of optical communications and other applications.
Список литературы
- Fujiwara M. Optical carrier supply module using flattened optical multicarrier generation
based on sinusoidal amplitude and phase hybrid modulation / M. Fujiwara, M. Teshima,
J. Kani et al. // Journal of Lightwave Technology. - Vol. 21, no. 11. - P. 2705–2714, Nov.
2003, doi: 10.1109/JLT.2003.819147. - Bennett S. 1.8-THz bandwidth, zero-frequency error, tunable optical comb generator for
DWDM applications / S. Bennett, B. Cai, E. Burr et al. // IEEE Photonics Technology Letters.
- Vol. 11, no. 5. - P. 551–553, May 1999, doi: 10.1109/68.759395.
- Fontaine N.K. Demonstration of high-fidelity dynamic optical arbitrary waveform generation
/ N. K. Fontaine, D. J. Geisler, R. P. Scott et al. // Optics Express. - Vol. 18, no. 22. - P. 22988,
Oct. 2010, doi: 10.1364/OE.18.022988. - Jiang Z. Optical arbitrary waveform processing of more than 100 spectral comb lines /
Z. Jiang, C.-B. Huang, D. E. Leaird et al. // Nature Photonics. - Vol. 1, no. 8. - P. 463–467,
Aug. 2007, doi: 10.1038/nphoton.2007.139. - Wei R. Optical frequency comb generation based on electro-optical modulation with highorder harmonic of a sine RF signal // R. Wei, J. Yan, Y. Peng et al. – Optics Communications.
- Vol. 291. - P. 269–273, Mar. 2013, doi: 10.1016/j.optcom.2012.10.076.
- Zhang J. Generation of Coherent and Frequency-Lock Optical Subcarriers by Cascading
Phase Modulators Driven by Sinusoidal Sources / J. Zhang et al. // Journal of Lightwave
Technology. - Vol. 30, no. 24. -P. 3911–3917, Dec. 2012, doi: 10.1109/JLT.2012.2203096. - Yan X. Fully digital programmable optical frequency comb generation and application /
X. Yan, X. Zou, W. Pan et al. // Optics Letters. - Vol. 43, no. 2. - P. 283, Jan. 2018, doi:
10.1364/OL.43.000283. - Morozov O. G. Synthesis of Dual Cross LFM Signals Based on Technologies of Microwave
Photonics / O. G. Morozov, G. A. Morozov, L. M. Faskhutdinov et al. // 2019 Russian Open
Conference on Radio Wave Propagation (RWP), IEEE, Jul. 2019. - P. 313–316, doi:
10.1109/RWP.2019.8810361. - Morozov G. A. Spectrum analysis of signal triads for Doppler shift frequency determination
in multi-target tracking mode / G. A. Morozov, O. G. Morozov, A. A. Lustina et al. // Optical
Technologies for Telecommunications , 2021: V. A. Burdin, A. V. Bourdine, O. G. Morozov,
and A. Sultanov, Eds. - SPIE, Jul. 2022. - P. 43, doi: 10.1117/12.2633170. - Morozov O. G. Radiophotonic module for Doppler frequency shift measurement of a reflected
signal for radar type problems solving / O. G. Morozov et al. // Optical Technologies for
Telecommunications, 2021: V. A. Burdin, A. V. Bourdine, O. G. Morozov, and A. Sultanov,
Eds. - SPIE, Jul. 2022. - P. 5, doi: 10.1117/12.2629393. - Morozov O. G. Radiophotonic module for angle of arrival estimation of a reflected signal for
radar type problems solving / O. G. Morozov et al. // Optical Technologies for
Telecommunications, 2021: V. A. Burdin, A. V. Bourdine, O. G. Morozov, and A. Sultanov,
Eds. - SPIE, Jul. 2022. - P. 4, doi: 10.1117/12.2629381. - Wu R. Generation of very flat optical frequency combs from continuous-wave lasers using
cascaded intensity and phase modulators driven by tailored radio frequency waveforms /
R. Wu, V. R. Supradeepa, C. M. Long et al. // Optics Letters. - Vol. 35, no. 19. - P. 3234, Oct.
2010, doi: 10.1364/OL.35.003234. - Huang C.-B. High-rate femtosecond pulse generation via line-by-line processing of phasemodulated CW laser frequency comb,“ C.-B. Huang, Z. Jiang, D. E. Leaird et al. // Electronics
Letters. - Vol. 42, no. 19. - 2006. - Li B. Tunable and ultraflat optical frequency comb generator based on cascaded intensity
modulators / B. Li, G. Lin, L. Shang and F. Wu // Journal of Optical Technology. -Vol. 82,
no. 6. - P. 348, Jun. 2015, doi: 10.1364/JOT.82.000348. - Maltsev A.V. A simple radiophotonic device for instantaneous frequency measurement of
multiple microwave signals based on a symmetrical unequal COMB generator / A.V. Maltsev,
O.G. Morozov, A.A. Ivanov et al. // Instruments and Experimental Techniques. - 2023. - Vol.
66, № 5. - P. 737-744.
Выпуск
В 1 номере 2024 года будут представлены расширенные версии основных пленарных докладов конференции XI Молодежная международная научно-техническая конференция «Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы – 2024» (ПРЭФЖС-2024).
Другие статьи выпуска
This research paper introduces an advanced optical transmission technology for 5G+ networks that uses high-order quadrature amplitude modulation (QAM) to improve data delivery.
The system uses coherent optical transmission, dual-polarization, advanced DSP algorithms, and FEC to achieve great spectral efficiency, signal integrity, and resistance against optical defects at 16Tbit/s per channel across 200 kilometers. This study shows that high-order QAM can address future connectivity needs and advances optical network development for 5G and beyond. Based on the system developed by the author with a speed of 1 Tbit/s and the application of the Il’in-Morozov’s method, the presented system can be modernized and simplified in its structure, brought to the speeds indicated above due to stream aggregation.
В работе дано понятие сверхузкополосного пакета дискретных частот, как базовому инструменту радиофотонного анализа. Предложена концепция и разработана теория и техника сверхузкополосного пакета дискретных частот, как зондирующего излучения нового типа, применимого как к векторному анализу оптоволоконных устройств и систем, так и к контролю датчиков в оптоволоконных сенсорных системах. Дано теоретическое обоснование метрологических, технико-экономических и функциональных преимуществ использования предложенного инструмента.
Целью работы является проектирование системы измерения мгновенной частоты
(СИМЧ), реализующих измерительное преобразование «частота-амплитуда», для оборонных приложений и телекоммуникационных сетей связи поколения 5G и выше с минимизированной структурой и простым управлением, которая позволит достичь результатов, лучших или близких, получаемых в аналогичных системах с использованием комплексных двухпортовых, сдвоенных, поляризационных модуляторов Маха-Цендера (ММЦ) и других более сложных модуляторов. Указанные модуляторы стали недоступны в условиях санкционного давления или высокой цены поставщиков. Разрабатываемые в данной статье СИМЧ содержат в минимальной структуре одночастотный лазер, однопортовый ММЦ и фотодетектор, а обеспечение работы системы впервые, на наш взгляд, основано на спектральном или поляризационном преобразовании амплитудно-модулированного излучения с составляющими измеряемой частоты в скалярном и векторном брэгговском частотном дискриминаторе. Оценки и контрольные эксперименты показывают возможность достижения в минимизированной структуре разработанных
СИМЧ погрешности измерений ±0,01 ГГц, что на порядок лучше, чем у большинства известных СИМЧ существенно более сложной конфигурации с исключением перекрестных искажений в каналах при их поляризационном разделении.
Приводится обоснование создания и первые шаги развития в КНИТУ-КАИ инновационной научно-образовательной платформы спортивной инженерии на базе НИИ Медикобиологической и спортивной инженерии (НИИ МБиСИ) и кафедры физической культуры и спорта при поддержке кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, НИИ Прикладной электродинамики, фотоники и живых систем (НИИ ПРЭФЖС). Научнообразовательная платформа создается для проведения фундаментальных теоретических и прикладных экспериментальных исследований, подготовки специалистов в различных областях науки с акцентом на приложение полученных ими результатов и компетенций в спорте высоких достижений, а также для решения задач профилактики заболеваний спортсменов и их реабилитации. Образовательные задачи планируется реализовать на новой кафедре «Спортивная инженерия» сначала в рамках магистратуры, а затем по полному циклу уровней от бакалавра до аспиранта.
Издательство
- Издательство
- КАИ
- Регион
- Россия, Казань
- Почтовый адрес
- 420111 г. Казань, ул. К. Маркса, 10
- Юр. адрес
- 420111 г. Казань, ул. К. Маркса, 10
- ФИО
- Алибаев Тимур Лазович (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@kai.ru
- Контактный телефон
- +7 (843) 2384110
- Сайт
- https://kai.ru