Copyright 2017 - Custom text here

 Борцов Александр Анатольевич, Борцов А.А. А.А. Борцов, Александр Анатольевич Борцов, 

Главные выводы проведенного исследования оптоэлектронного генератора(ОАГ или ОЭГ)

1.Оптоэлектронный генератор представляет сложную автоколебательную систему, в которой генерируют два разного диапазона колебательные процессы. Один процесс, генерирующей на оптической частоте 128...200 ТГц, создается в лазере. Генерация другого колебательного процесса на радиочастоте 1...10 ГГц происходит в замкнутой в кольцо системе модулятор оптического излучения, линия задержки, фотодиод, электронный нелинейный усилитель. Только учитывая два этих колебательных процесса можно объяснить сложную динамику ОЭГ, исследовать фазовые шумы такого генератора.

2. В оптоэлектронном генераторе благодаря наличию двух колебательных процессов происходит преобразование фазовых шумов оптического излучения лазера или кванторазмерного лазерного диода в радиочастотные фазовые шумы генератора. Исследованы в работе схемы ОЭГ с прямой амплитудной модуляцией и внешней модуляцией на базе модулятора Маха-Цендера. В работе установлено , что флуктуации лазерного излучения, продетектированные фотодетектором, в ОЭГ в потенциале ослабляются в несколько раз при использовании дифференциальной схемы ПАМ и модулятора Маха-Цендера. Уменьшение фазовых шумов в ОЭГ происходит также за счет увеличения мощности излучения лазера, выбора прецизионного малошумящего лазера, выбора оптимальных геометрических размеров волоконно-оптической линии задержки.

3. Показано, что оптоэлектронный генератор можно использовать в качестве задающего малошумящего генератора в системах передачи информации, радиолокации и беспилотных летательных аппаратах. Переход с традиционного радиочастотного резонатора на оптический резонатор или оптическую линию задержки приводит к многократному выигрышу в габаритных размерах резонатора величиной и к малым размерам всего генератора с грецкий орех. Это позволяет более успешно производить термостатирование резонатора, увеличить многократно эксплутационные и силовые характеристики.

 

Основные выводы по работе

В целом в диссертации развит нетрадиционный подход к анализу работы оптоэлектронного генератора, как системы двух генераторов оптического и радиочастотного диапазона, что позволило развить теорию ОАГ при прямой и внешней модуляцией  с гетеродинированием оптического излучения квантоворазмерного лазерного диода. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан комплекс оптоэлектронных методов генерирования и управления частотой  высокостабильных СВЧ колебаний ОАГ с минимальным уровнем фазового шума выходного сигнала без применения криогенного охлаждения, составляющих теоретическую основу современной техники генерирования прецизионных СВЧ колебаний ОАГ.  Решены следующие задачи:

1.Предложено использовать в оптоэлектронном генераторе  квантоворазмерный лазерный диод  для создания малошумящих ОАГ СВЧ диапазона. Впервые в мире разработаны и запатентованы конструкции ОАГ на этой основе.

2.Разработаны новые методы управления частотой в ОАГ с дифференциальной   волоконно-оптической линией задержки в ВЧ и СВЧ  диапазонах    эффективно осуществляется оптическими способами  с использованием направленных ответвителей Y- и Х- типов и электронным способом при изменении тока смещения КЛД.    Предложено использовать  данный вид управления частотой  ОАГ в системах стабилизации оптической частоты лазеров и волоконно-оптических системах скрытой передачи информации.

3. Проведенные исследования ФЧХ и АЧХ КЛД в диапазоне частот до 12 ГГц при токах смещения КЛД от 10 до 80 мА определили допустимый рабочий диапазон токов смещения КЛД – (60 –  75 мА), при котором достигаются минимальные уходы частоты ОАГ от малых вариаций тока смещения. Сделаны рекомендации по выбору режимов работы КЛД при использовании их для разработки управляемых ВОЛЗ СВЧ сигнала поднесущей, содержащих НО Y – и Х – типов, с временами запаздывания  от 0,01мкс до 100 мкс. На основе проведенных  теоретических и экспериментальных исследований  ОАГ и его элементов (КЛД, ВОС) на частотах до 12 ГГц сделаны  рекомендации по созданию  управляемых по частоте   ОАГ СВЧ диапазона для построения специальных задающих генераторов, имеющих два выхода –  электронный и оптический.

4. Обнаружена и использована для улучшения долговременной стабильности частоты малошумящих ОАГ гистерезисная и колебательная  зависимости частоты ОАГ от  температуры кварцевого оптического волокна ОВ.  Проанализированы вклады уходов частоты при вариации температуры  ОВ показателя преломления кварцевых  световедущей жилы и оболочки, температурного коэффициента расширения защитной полимерной оболочки при различных способах укладки ОВ, геометрической длины ОВ.  

5. Впервые разработан теоретический подход по исследованию спектральной плотности мощности фазового шума ОАГ (с внешним электрооптическим модулятором и с прямой модуляцией) как  автоколебательной системы, содержащей эквивалентный радиочастотный генератор, накачиваемый лазером.    Впервые   при теоретическом анализе ОАГ было объяснено влияние фазового шума оптического излучения лазера на радиочастотный фазовый шум ОАГ.

6. На базе сделанных теоретических и экспериментальных исследований ОАГ с электрооптическим модулятором Маха-Цендера на частотах 8 – 10 ГГц  разработаны методы создания малошумящих ОАГ СВЧ диапазона. 

7. Создание и анализ теоретической модели  ОАГ с модулятором Маха –Цендера выявило, что  спектральная плотность мощности фазового шума СВЧ автоколебаний определяется   фазовым шумом лазера  и  шириной линии оптического излучения лазера, мощностью лазера,  задержкой  в оптическом волокне. Снижение СПМФШ более чем 10 дБ/Гц обеспечивается выравниванием оптической мощности в каналах модулятора Маха-Цендера.

8. В результате  исследований сделан вывод, что для обеспечения   уровня спектральной плотности фазового шума ОАГ менее -130дБ/Гц на частоте 10 ГГц при отстройке 1 кГц   ширина спектральной линии оптического  излучения коммерчески доступных  лазеров (при его выходной мощности не менее 10мВт) должна составлять менее 1-10 кГц. 

9.Разработаны и реализованы  экспериментально схемы  различных типов малошумящих автогенераторов с волоконно-оптической линией задержки со стабилизированными электрическими  цепями тока смещения лазерного диода, напряжения смещения рабочей точки электрооптического модулятора и тока смещения фотодиода.

10. Разработанные оптоэлектронные генераторы диапазона сантиметровых волн на базе квантоворазмерных лазерных диодов, стабилизированные волоконно-оптической линией задержки и с самогетеродинированием, обеспечивают при комнатной температуре на отстройке 1 кГц от несущей  фазовый шум выходного колебания на уровне:

–примерно –120 дБ/Гц в простейших вариантах с лазерами (с шириной линии оптического излучения до 1 МГц) и использовании ОВ с задержкой от 2 до 10 мкс,

–примерно –130 дБ/Гц при использовании КЛД     (с шириной линии оптического излучения до 3 кГц)    и использовании ОВ с задержкой от 10 до 50 мкс,         

  –примерно –150…–160 дБ/Гц при использовании КЛД     (с шириной линии оптического излучения менее 5 кГц)    и использовании ОВ с задержкой от 10 до 50 мкс при комплексной оптимизации ОАГ,  применении с фазовой автоподстройкой его  частоты.

Представленные в диссертации научные результаты, положения и рекомендации позволяют заявить об открытии нового направления в области компактных прецизионных источников СВЧ и КВЧ колебаний.