基于硅光集成电路的10 MHz分辨率宽带射频频谱分析仪
光学
2025-11-07 v1
摘要
设计迷你化的光学光谱仪正在成为热门研究领域，因为光谱仪是化学与材料分析、医疗诊断、经典与量子探测、光源表征以及射频（RF）频谱分析等众多应用的关键组件。其中，针对RF频谱分析设计的芯片级光谱仪尤为具有挑战性，因为其要求兼具高分辨率、大带宽和快速更新速率。现有芯片级光谱仪无法实现RF分析所需的分辨率，同时也面临维持快速更新速率和宽带宽的挑战。本文通过引入基于硅光集成电路（PIC）的射频频谱分析仪来解决这些挑战，后者将超高分辨率斑点光谱仪与射频-光编码方案相结合。PIC-based斑点光谱仪采用带路径失配的多模干涉仪，配合逆设计分离器以补偿波导损耗，实现记录性的100 MHz分辨率（在1550 nm波长处为0.8 pm）。为进一步提升整体RF频谱分析仪的分辨率，我们修改射频-光编码方案，将RF信号通过路径失配干涉仪进行编码，并将射频干涉仪的输出分别编码在独立的光载波上。这一方法显著降低了组合系统的RF谱相关宽度，使RF频谱分析仪能够在10 GHz带宽内解析RF信号间隔为10 MHz的频率。由于该方法以单次测量方式运行，可实现快速更新，为紧凑型、持久的宽带RF频谱分析提供了路径。
引用
@article{arxiv.2511.03835,
title = {A broadband silicon photonic-integrated-circuit based RF spectrum analyzer with 10 MHz spectral resolution},
author = {Brandon Redding and Joseph B. Murray and Matthew J. Murray and Ross T. Schermer and Nicholas Cox and Sean Pang and Kate Musick and Christopher Long and Jayson Briscoe and Lewis G. Carpenter and Saaketh Desai and Nick Karl and Raktim Sarma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.03835},
year = {2025}
}
备注
18 pages, 7 figures