Александр Борцов - Квантовый оптоэлектронный генератор

В оптическом диапазоне в малошумящих СВЧ ОЭГ поперечные размеры сеченияобласти при фотодетектирования (или «пятна» излучения на светочувствительной площадке фотодетектора) соразмерны с длиной волны лазера.В результате интерференции на площадке фотодетектора двух оптических колебаний и фотодетектирования выделяется полезный электрический сигнал в нагрузке ФД. В отличии от радиочастотного диапазона, в котором поперечные геометрические размеры чипа детектора (например, полупроводникового диода) в 10…1000 раз и более меньше длины волны, поступающих на него электромагнитных колебаний, в оптическом диапазоне поперечные размеры светочувствительной площадки ФД (используемых в малошумящих ОЭГ, которые работают на частотах выше 0,3 ГГц) сравнимы с длиной волны лазерного излучения и составляют 1..5 мкм. В этом случае модель плоской электромагнитной волны для оптических узлов ОЭГ и фотодетекторной площадки необходимо применять с большой осторожностью.

Эти особенности являются определяющими при учете фазовых шумов ОАГ в схемах с прямой амплитудной модуляцией КЛД и внешней модуляцией модулятором Маха-Цендера.

Можно заключить, что в оптическом диапазоне фазовый шум лазера из-за перечисленных причин невозможно исключить, как это делалось во всех предыдущих работах по исследованию ОЭГ других авторов [64—70], при общем анализе фазового шума радиочастотных колебаний ОЭГ. Рассмотрим схему ОЭГ (рис.1.2) более детально.

Лазер, входящий в состав ОЭГ (рис.1.2), представим, как оптический генератор бегущей волны. Лазер образован замкнутыми в кольцо оптическим усилителем ОУ, узкополосным оптическим фильтром ОФ и оптической линией задержки (ОЛЗ).

ОАГ с внешним модулятором Маха-Цендера (рис.1.2), с другой стороны, представляет радиочастотный генератор (РЧГ), который образован лазером и замкнутыми в кольцо электрооптическим модулятором Маха-Цендера (МЦ), волоконно-оптическим световодом (ВС), ФД, НУ, узкополосным РФ.

В такой схеме (рис.1.2) лазер, с одной стороны, осуществляет энергетическую накачку радиочастотного автогенератора РЧГ, а с другой стороны является главным элементом ОЭГ с ВОЛЗ.

Оптическое излучение (несущая частота) лазера поступает на вход модулятора МЦ, в котором излучение модулируется электрическим сигналом. Далее оптическое излучение через оптический модулятор, и ВОС поступает на светочувствительную площадку ФД (или оптический вход ФД). Полученные в низкочастотной нагрузке ФД радиочастотные колебания (поднесущая) проходят через транзисторный НУ, частотно-избирательный РФ и направляются внутри этой кольцевой системы через СВЧ направленный ответвитель (О) на управляющий СВЧ вход модулятора МЦ.

Рассмотрим особенности СВЧ генерации в ОЭГ при формировании модулированного лазерного излучения с малым индексом модуляции на выходе МИС для случая, когда ширина спектра излучения лазера намного меньше радиочастоты поднесущей. На выходе МИС спектр модулированного оптического излучения представляет собой определённый эквидистантный набор составляющих, отстоящих друг от друга на частоту поднесущей (частоту модуляции). Ограничимся рассмотрением «режима с двумя боковыми», т.е. только тр ёх оптических спектральных составляющих, оптические частоты которых равны, cсоответственно v 1= v 0 -f 0, v 2= v 0,v 3= v 0 +f 0.

Две из этих оптических частот v 1 и v 3 разнесёны от центральной оптической частоты лазера v 0на частоту поднесущей f 0 .

В дальнейшем изложении мы рассмотрим ОЭГ с МИС, в котором модулятором в ОЭГ является оптический фазовый модулятор (или как принято его называть за рубежом — модулятор интенсивности) МЦ.

Модулятор МЦ представляет собой два оптических канала ОК 1и ОК 2в виде двух полосковых оптических волноводов, соединенных на входе и выходе оптическими Y—ответвителями (рис. 1.1а). Входной Y —ответвитель распределяет лазерное излучение с напряженностью электрической компоненты электромагнитного поля по этим двум оптическим каналам. В ОК 2излучение с напряженностью электрической компоненты электромагнитного поля модулируется за счёт линейного электрооптического эффекта по оптической фазе СВЧ напряжением с выхода Ф входным радиочастотным сигналом. В ОК 1 излучение этой компоненты не модулируется. Групповое время задержки на выходе ОК 2 относительно входа МЦ зависит от мгновенного значения управляющего напряжения. На выходе ОК 1время задержки сохраняется постоянным. Оптическое излучение с выходов ОК 1 и ОК 2 с напряженностями электрической компоненты электромагнитного поля, соответственно, и объединяются (складываются) в выходном X — ответвителе и поступают на вход одиночного световода ВОС, в котором задерживаются на групповое время и, пройдя через него, поступают на светочувствительную площадку фотодетектора ФД.