Александр Борцов - Квантовый оптоэлектронный генератор

Волоконно-оптическая линия задержки, в общем, является дисперсионной, то есть ее задержка зависит от оптической частоты колебаний, генерируемых лазером. Современные малодисперсионные оптические волокна (ОВ) характеризуются спектральной погонной задержкой порядка (1 ÷10) пс/ (нм км). С другой стороны, есть специальные дисперсионные ОВ, позволяющие реализовать как отрицательную, так и положительную дисперсию с 100—1000 пс / (нм км).

Дисперсия линии задержки приводит к искажению спектра, появлению в спектре радиочастотного сигнала генерации дополнительных (из-за сочетания с нелинейными эффектами в ОВС) паразитных составляющих, что сопровождается увеличением ширины спектральной линии лазера. Однако их уровень проявляется, как показано в главе 6, в малодисперсионных ОВ при ширине спектральной линии оптического излучения МИС более 500 МГц и длинах ОВ более 10 км.

Типы ОЭГ по составу модулированного источника света МИС.Использование разных типов МИС в ОЭГ зависит от назначения автогенератора. Например, в ОЭГ ВЧ диапазона (в измерительных ВО системах) целесообразно применять лазерный диод ЛД (или СД) с низкочастотной внутренней модуляцией, в ОЭГ СВЧ диапазона (в устройствах формирования для систем связи) — экономичных КЛД с внутренней модуляцией или КЛД с внешним абсорбционным модулятором. В малошумящих автогенераторах СВЧ и КВЧ диапазона 8—30 ГГц используются КЛД с внешним модулятором Маха-Цендера.

Разделение ОЭ Г по топологии ВОС.ВОС на базе кварцевого одномодового ВС с малой дисперсией t д=1—3 пс/ (нм км) на длине волны 1,3 мкм. Это позволяет создать мало дисперсионные линии задержки (ЛЗ) СВЧ радиосигналов на время T з =10—100 мкс с относительной временной дисперсией за счет ширины полосы излучаемых частот МИС t д/Tз = (2 — 6) 10 —7 (нм) -1 = (2…6) 10 —7 (30 ГГц) -1. Последнее обстоятельство делает возможным реализацию на базе узкополосных лазеров с шириной спектральной линии менее 1 МГц линий задержек ЛЗ с малым фазовым шумом на ее выходе.

Особенностью ОЭГ является использование для селекции типов колебаний ВОЛЗ на базе составных сложных ВОС (рис. 1.4а). Режекторный характер АЧХ таких ВОЛЗ позволяет осуществлять селекцию соседних типов колебаний и подавлять амплитуду паразитных типов колебаний. Методы использования сложных ВОС позволяют существенно снизить боковые составляющие соседних типов колебаний до уровня -100 — — 140 дБ/Гц. В ОЭГ осуществляется возможность получения одночастотного режима радиочастотной генерации в СВЧ диапазоне при больших временах запаздывания в ВОС Т вс=1—50 мкс. Одним из использований в ОЭГ сложных ВОС является применение в ОЭГ рециркулярных ВОС с одним или несколькими ОВ в цепи обратной связи (рис.1.4 б). Такие рециркулярные ВОЛЗ обладают узкополосной АЧХ гребенчатого вида и в несколько десятков раз могут снизить геометрическую длину оптического волокна в ОЭГ.

Рис. 1.11. Функциональные схемы ОЭГ со сложной составной ВОС с разными геометрическими длинами ОВ.

Рис. 1.12. Функциональные схемы ОЭГ с рециркулярной ВОС с разными геометрическими длинами ОВ.

Линейная топология ВОЛЗ выгодно отличается по своим прочностным характеристикам при разрушающих ударных воздействиях от монолитных кристаллов диэлектрических резонаторов РЧГ. По геометрическим своим размерам они почти совпадают. Данная прочностная характеристика для ОВ составляет 2000 Н/см 2[151] (для монолитных кристаллов типа лейкосапфира с диаметром диска 5…8 см и толщиной 1 см эта характеристика на один… два порядка меньше) может быть одной из решающих при использовании малошумящих генераторов ОЭГ в беспилотных орбитальных станциях и беспилотных летательных аппаратах, в военных применениях и др., где ударные и прочностные характеристики являются решающими.

.Рис.1.5 Эквивалентная схема автогенератора ОАГ ВОЛЗ.

Рис.1.13. Эквивалентная электрическая схема автогенератора ОЭГ с выделением лазера ОКГ и радиочастотной части генератора.

Эквивалентная электрическая схема автогенератора ОЭГ с выделением лазера ОКГ и радиочастотной части генератора (РЧГ) ОЭГ представлена на рис.1.5. На этой схеме также выделены линейная часть (ЛЧ) активного элемента АЭ и ВОЛЗ и показаны нелинейные источники токов АЭ. Для изучения частотных, амплитудных зависимостей и временных зависимостей ОЭГ в главе 2 используется математическая модель ВОЛЗ, в которой ВОЛЗ заменяется четырехполюсником с входной проводимостью равной входной проводимости модулятора Маха-Цендера (для схемы с внешней модуляцией излучения КЛД) или входной проводимости КЛД (для схемы с прямой модуляцией), выходной проводимостью равной проводимости фотодетектора ФД и коэффициентом передачи ВОЛЗ. Более сложная математическая модель, представляющая лазер полуклассическими уравнениями, учитывающая фазовые шумы оптического излучения лазера и их преобразование в радиочастотный фазовый шум ОЭГ рассмотрена в главе 6 настоящей работы.