論文の概要: All-photonic millimeter-wave and terahertz signal core at room and cryogenic temperatures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.30857v1
• Date: Thu, 22 Oct 2026 07:35:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-24 02:08:44.270568
• Title: All-photonic millimeter-wave and terahertz signal core at room and cryogenic temperatures
• Title（参考訳）: 全フォトニックミリ波とテラヘルツ信号コアの室温・低温における特性
• Abstract要約: モノリシックリチウムタンタレートフォトニックチップは、100GHzから2.5Hzの間の連続波信号を生成し、変調し、経路を検出し、検出する。 このアーキテクチャは、チップ上に高周波機能モジュールを統合し、ファイバベースの光インターフェースのみを使用する。 これらの能力はミリ波-テラヘルツ系のための全フォトニックプラットフォームを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.44756594659903
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Millimeter-wave and terahertz technologies offer new opportunities for high-capacity communications, sensing, and quantum systems, but electronic signal chains above 100 GHz are limited by weak sources, noisy receivers, and lossy interconnects. Photonic approaches mitigate these constraints by enabling chip-scale high-frequency components, yet existing implementations generally retain lossy off-chip electrical or free-space links, hindering dense and compact integration for cryogenic or space-constrained settings. Here, we show a monolithic lithium tantalate photonic chip, termed a signal core, which generates, modulates, routes, and detects continuous-wave signals at discrete frequencies between 100 GHz and 2.5 THz. The architecture integrates high-frequency functional modules on chip and uses exclusively fiber-based optical interfaces. Bidirectional coherent electro-optic conversion enables signal generation, detection, and nanosecond-scale amplitude and phase modulation, while micro-coplanar striplines interconnect the modules into an end-to-end signal chain on a single chip. Our modules achieve single-photon electro-optic coupling rates of g_0/2π=10 kHz and peak drive-power-normalized photon-flux conversion efficiencies of 1.0%/mW for generation and 0.5%/mW for detection. It also operates at 4 K in a dilution refrigerator through the same fiber-only optical links. Together, these capabilities establish an all-photonic platform for millimeter-wave-to-terahertz systems and offer a broadly applicable architecture for applications constrained by electrical-interconnect loss, heat load, and footprint.
• Abstract（参考訳）: ミリ波およびテラヘルツ技術は、高容量通信、センシング、量子システムのための新しい機会を提供するが、100GHz以上の電子信号チェーンは弱い光源、ノイズレシーバー、損失の多い配線によって制限されている。 フォトニックアプローチは、チップスケールの高周波コンポーネントを有効にすることでこれらの制約を緩和するが、既存の実装は一般的に、チップ外の電気または自由空間リンクの損失を保ち、低温または空間制約のある設定に対する密でコンパクトな統合を妨げている。 本稿では,信号コアと呼ばれるモノリシックなリチウムタンタル酸リチウムフォトニックチップについて,100GHzから2.5Hzの離散周波数での連続波信号の生成,変調,経路検出を行う。 このアーキテクチャは、チップ上に高周波機能モジュールを統合し、ファイバベースの光インターフェースのみを使用する。 双方向コヒーレントな電気光学変換は、信号生成、検出、ナノ秒スケールの振幅と位相変調を可能にし、マイクロコプラナーのストリップラインはモジュールを単一チップ上のエンドツーエンドの信号チェーンに相互接続する。 我々のモジュールは、g_0/2π=10kHzの単一光子電気光学結合速度とピーク駆動電力正規化光子-磁束変換効率1.0%/mW、検出効率0.5%/mWを実現している。 また、同じファイバーのみの光リンクを通して、希釈冷凍機で4Kで動作する。 これらの機能は、ミリ波-テラヘルツ系のための全フォトニックプラットフォームを確立し、電気接続損失、熱負荷、フットプリントに制約されたアプリケーションに広く適用可能なアーキテクチャを提供する。

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