論文の概要: An integrated photonic millimeter-wave receiver with sub-ambient noise
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.06176v1
- Date: Tue, 07 Oct 2025 17:40:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-08 17:57:08.392726
- Title: An integrated photonic millimeter-wave receiver with sub-ambient noise
- Title（参考訳）: サブ環境雑音を用いたフォトニックミリ波受信機
- Authors: Junyin Zhang, Shuhang Zheng, Jiachen Cai, Connor Denney, Zihan Li, Yichi Zhang, Xin Ou, Gabriel Santamaria-Botello, Tobias J. Kippenberg,
- Abstract要約: ここでは, タンタル酸リチウム(LiTaO3)の室温集積型共振器型ミリ波受光器について紹介する。
キャビティ電気光学変換における最初の熱雑音の直接分解能を報告し,mmWキャビティ内の熱光子占有(100)によりシステムの基本的制限が認められた。
我々の研究は、電子LNAを超越する経路として集積フォトニクスを確立しつつ、強力な電磁入力に対する例外的なレジリエンスとEMIへの免疫を提供し、mmWアプリケーション用の低ノイズ、チップスケール、EMIレジリエントレシーバとしてキャビティ電気光学を確立し、光学におけるスケーラブルなアナログ処理を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.249982320702344
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Decades of progress in radiofrequency (RF) transistors and receiver frontends have profoundly impacted wireless communications, remote sensing, navigation, and instrumentation. Growing demands for data throughput in 6G networks, timing precision in positioning systems, and resolution in atmospheric sensing and automotive radar have pushed receiver frontends into the millimeter-wave (mmW) and sub-mmW/THz regimes. At these frequencies, however, the noise performance of field-effect transistors (FETs) degrades rapidly due to parasitic effects, limited carrier mobility, hot electrons, and shot noise. Parametric transducers that couple electromagnetic signals to optical fields offer quantum-limited sensitivity at room temperature. Electro-optic materials enable receivers that convert RF signals into optical phase shifts. While early demonstrations used resonant devices and recent efforts have focused on cryogenic microwave-to-optical quantum transduction, room-temperature electro-optic receivers have yet to achieve noise figures comparable to their electronic counterparts. Here we demonstrate a room-temperature integrated cavity electro-optic mmW receiver on a lithium tantalate (LiTaO3) photonic integrated circuit with 2.5% on-chip photon-number transduction efficiency, achieving 250 K noise temperature at 59.33 GHz--matching state-of-the-art LNAs. We report the first direct resolution of thermal noise in cavity electro-optic transduction, showing the system is fundamentally limited by thermal photon occupation (~100) in the mmW cavity. Our work establishes integrated photonics as a path to surpass electronic LNAs while offering exceptional resilience to strong electromagnetic inputs and immunity to EMI, establishing cavity electro-optics as a low-noise, chip-scale, EMI-resilient receiver frontend for mmW applications and scalable analog processing in the optical domain.
- Abstract（参考訳）: 高周波トランジスタと受信フロントエンドの進歩は、無線通信、リモートセンシング、ナビゲーション、インスツルメンテーションに大きな影響を与えている。
6Gネットワークにおけるデータスループットの要求の増加、位置決めシステムにおけるタイミング精度、大気センサや自動車レーダーにおける解像度は、受信側のフロントエンドをミリ波(mmW)とサブmmW/THzレシエーションにプッシュしている。
しかし、これらの周波数において、電界効果トランジスタ(FET)のノイズ性能は寄生効果、キャリア移動率の制限、ホット電子、ショットノイズにより急速に低下する。
電磁信号を光電場に結合するパラメトリックトランスデューサは、室温での量子制限感度を提供する。
電気光学材料は、RF信号を光位相シフトに変換する受信機を可能にする。
初期のデモでは共鳴デバイスが使われ、近年の取り組みでは低温マイクロ波-光量子トランスダクションに焦点が当てられているが、室温の電子光学受信機は電子デバイスに匹敵するノイズの数値をまだ達成していない。
ここでは,リチウムタンタレート(LiTaO3)光ニック集積回路上での室温集積キャビティmmW受信機について,2.5%のオンチップ光子数変換効率で,59.33GHzで250Kのノイズ温度を実現した。
キャビティ電気光学変換における第1次熱雑音の直接分解能について報告し,mmWキャビティ内の熱光子占有量(〜100)によってシステムの基本的制限が示されている。
我々の研究は、電子LNAを超越する経路として集積フォトニクスを確立しながら、強力な電磁入力に対する例外的なレジリエンスとEMIへの免疫を提供し、低ノイズ、チップスケール、EMIレジリエント・レシーバフロントエンドとしてキャビティ・エレクトロ光学を確立し、光学領域でスケーラブルなアナログ処理を実現する。
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