Оптоэлектронный генератор патент: "Наноструктурный формирователь-приемник частотно-модулированных сигналов" .

 Авторы: Борцов Александр Анатольевич, Ильин Юрий Борисович.

Патент № RU  103431 U1

Приоритет- дата выдачи патента: 25 марта 2010 года.

             Полезная модель оптоэлектронного генератора относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи, измерительной технике, гидролокации и радиолокации, в аппаратуре формирования прецизионных радиосигналов сверхвысоких частот (СВЧ) и крайне высоких частот (КВЧ).

            Из патентной литературы известен «Формирователь частотно-модулированных сигналов» (а. с. № 1483588, опубл. 30.05.89, авторы Борцов А.А., Ильин Ю.Б.), содержащий последовательно соединенные автогенератор, к первому и второму управляющим входам которого подключены, соответственно, выходы управляющего элемента и частотного модулятора, и делитель частоты, последовательно соединенные эталонный генератор и фазовый детектор, а также амплитудный селектор, при этом вход частотного модулятора является входом модулирующего сигнала, а выход автогенератора – выходом формирователя частотно-модулированных сигналов, а также синхронизатор, сигнальный вход которого соединен с выходом эталонного генератора, управляющий вход – с выходом амплитудного селектора, а первый выход – с установочным входом делителя частоты,  и блок слежения за фазой, информационный вход которого соединен с выходом фазового детектора, управляющего элемента, при этом вход амплитудного селектора соединен с входом частотного модулятора, а выход делителя частоты соединен со вторым входом фазового детектора.

            Недостатком данного устройства является ограничение по радиочастотному диапазону его применения и сложность реализации в диапазоне СВЧ из-за наличия в нем синхронизатора и блока слежения за фазой, содержащего два ключа, два блока запоминания, блок интегрирования и инвертор.

            Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является «Формирователь частотно-модулированных сигналов» (патент на полезную модель №44902 , опубл. 27.03.2005 Бюл.№9, авторы Борцов А.А., Ильин Ю.Б.), содержащий  последовательно соединенные  

   генератор 1 и функциональный преобразователь 2, состоящий из дефлектора 4, имеющий два входа и один выход, приемника 8, усилителя 9, имеющего один вход и два выхода, источника излучения 12, включенного в первый выход усилителя 11,  трех  световодов,  при этом один из них –первый световод 13- по входу оптически  сопряжен с источником  излучения 12, третий  световод оптически сопряжен с приемником   функциональный преобразователь 2 содержит  второй световод 5, по входу оптически сопряженный с дефлектором 4,    направленный ответвитель 6 , имеющий один вход и два выхода и расположенный между дефлектором  4 и  приемником 8 и оптически сопряженный по входу с выходом второго   световода 5 и по первому выходу    со входом третьего световода 7 ,                                                                   фильтр 10, включенный во вход усилителя 11,                                       фазовращатель  9, имеющий два входа и один выход  и расположенный  между приемником  8 и фильтром 10 ,                                                       фазовый дискриминатор 3, включенный входом  во второй выход направленного ответвителя 6, а выходом  - во второй вход фазовращателя 9.       

 

 

 

                          

            Недостатком данного устройства является то, что «Формирователь частотно-модулированных сигналов» не выполняет функцию приема радиочастотных модулированных сигналов и не эффективно выполняет функцию  подавления паразитных радиочастот,  поэтому данное устройство не может быть приемником радиочастотных сигналов и имеет недостаточную точность формирования частотно-модулированных сигналов.

            Техническими задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, является обеспечение функции приема и повышение точности формирования частотно-модулированных сигналов за счет повышения эффективности подавления паразитных радиочастотных колебаний.

            Поставленные задачи решаются за счет того, что в формирователь частотно-модулированных сигналов,

 содержащий генератор 1 и функциональный преобразователь 2, состоящий из дефлектора 4, имеющего два входа и один выход, приемника 8, усилителя 9, имеющего один вход и два выхода, источника излучения 12, включенного в первый выход усилителя 11,  трех  световодов,  при этом   первый световод 13 по входу оптически  сопряжен с источником  излучения 12, второй световод 5 по входу оптически сопряжен с выходом дефлектора 4,  третий  световод 7 оптически  сопряжен с приемником 8,    направленный ответвитель 6 , имеющий один вход и два выхода и расположенный между дефлектором  4 и  приемником 8 и оптически сопряженный по входу с выходом второго   световода 5 и по первому выходу    со входом третьего световода 7, фильтр 11, включенный  во вход усилителя 9,  фазовращатель 9,  имеющий   два входа и один выход  и расположенный  между приемником 8 и фильтром 11, фазовый дискриминатор 3, включенный входом  во второй выход направленного ответвителя 6, а выходом  - во второй вход фазовращателя 9,  

в наноструктурный формирователь-приемник частотно-модулированных сигналов   дополнительно введен передатчик 20, имеющий один выход, и  по радиоканалу  сопряженный по выходу со входом  наноструктурного формирователя-приемника частотно-модулированных сигналов  ,  в функциональном преобразователе источник  излучения 12 содержит  оптический источник 15, имеющий один выход, и   модулятор 14, имеющий два входа и один выход , оптически сопряженный по первому входу с  первым выходом  усилителя,   оптически сопряженный по выходу с  входом первого световода 13,

  в функциональный преобразователь 2 дополнительно введены  первый  оптический резонатор 16, имеющий два входа и один выход  и оптически сопряженный  по первому входу с  выходом оптического источника 15,  второй оптический резонатор 17, имеющий  два входа и три выхода  и оптически сопряженный  по первому входу с  выходом первого  оптического резонатора 16,   по второму входу с выходом первого световода 13, по первому выходу со вторым входом модулятора 14,  по второму выходу со вторым входом первого оптического резонатора 16, по третьему выходу со вторым входом дефлектора 4,

  ключ 18, имеющий один  вход и один выход, и  включенный  по  входу к  выходу  усилителя 11, а по выходу соединенный с первым входом модулятора,

  антенна 19, имеющая один  вход и один выход , и  включенная  по выходу к третьему   входу модулятора, а по входу  посредстом радиоканала соединенная с выходом передатчика 20.

 

             На рис. 1 изображена функциональная схема формирователя частотно-модулированных сигналов.

            Формирователь частотно-модулированных сигналов состоит их генератора 1, функционального преобразователя  2, например, прецизионного,  фазового дискриминатора  3 и передатчика 20 .

            Функциональный преобразователь  2   содержит последовательно соединенные дефлектор  4,  первый световод  5,  направленный ответвитель  6,  второй световод  7,  приемник  8,  фазовращатель  9,  фильтр  10,  усилитель  11,  ключ 18, источник излучения  12,  третий световод  13,  второй оптический резонатор 17. Функциональный преобразователь  2  также  содержит первый оптический резонатор 16 и   антенну 19.

            Источник излучения  12  состоит из модулятора  14  и оптического источника  15.

Patent optoelectronic oscillator - "Nanostructured generator-receiver frequency-modulated signals"  Optoelectronic generator patent: "Nanostructured generator-receiver frequency-modulated signals."  

Authors: Alexander A. Bortsov, Yuri Ilyin.

Patent number 103431 RU U1

Priority date of grant of the patent: March 25, 2010.           

   The utility model relates to an optoelectronic oscillator radio and can be used in communication systems, measurement technology, sonar and radar equipment in the form of precision radio microwave (SHF) and extremely high frequency (EHF).             

From patent literature known "generator frequency-modulated signals" (a. A. Number 1483588, publ. 30.05.89 authors Fighters AA, Ilyin YB) containing serially coupled oscillator, the first and second control inputs which are connected, respectively, the outputs of the control element and the frequency modulator and the frequency divider, connected in series a reference oscillator and phase detector and the amplitude selector, wherein the frequency modulator input is an input modulating signal, and the output of the oscillator - output generator of frequency-modulated signals and a synchronizer, a signal input coupled to the reference generator output, a control input - with the output of the amplitude selector and the first output - with a mounting input of the frequency divider, and a tracking unit of the phase information input coupled to an output of the phase detector, the control element, this amplitude selector input connected to the input of the frequency modulator and the frequency divider output coupled to a second input of the phase detector.            

 The disadvantage of this device is the limitation on the radio frequency range of its application and implementation complexity in the UHF range because of the presence therein and synchronizer for phase tracking block comprising two switches, two memory blocks and integrating the inverter unit.          

   The closest to the proposed utility model is a "generator of frequency-modulated signals" (utility model patent №44902, publ. 27.03.2005 Byul.№9 authors Fighters AA, Ilyin YB), comprising serially connected

   generator 1 and the function generator 2, comprising a deflector 4, having two inputs and one output, the receiver 8, an amplifier 9 having one input and two outputs, the radiation source 12 included in the first output amplifier 11, three optical fibers, wherein one of the they -first optical fiber 13 on the input is optically conjugated with the radiation source 12, the third optical fiber optically paired with the receiver function generator 2 comprises a second waveguide 5, for input optically coupled with the deflector 4, 6 directional coupler having one input and two outputs, and is located between deflector 4 and the receiver 8, and optically coupled at the input with the output of the second optical fiber 5 and the first output to the input of the third light guide 7, the filter 10 included in the input amplifier 11, a phase shifter 9 having two inputs and one output and disposed between the receiver 8 and the filter 10, phase discriminator 3 included entrance to the second output of the directional coupler 6 and output - the second input of the phase shifter 9.  

                                                            

 

         Описание входов и выходов устройства оптоэлектронного генератора .

            Дефлектор  4  имеет два входа и один выход.

            Направленный ответвитель  6  имеет один вход и два выхода.

            Приемник  8  имеет вход и выход.

            Фазовращатель  9  имеет два входа и один выход.

            Фильтр  10  имеет вход и выход.

            Первый оптический резонатор 16   имеет два входа и один выход.

            Второй оптический резонатор 17   имеет два входа и три выхода.

            Источник  12  имеет два входа и два  выхода.

            Модулятор  14  имеет два входа и один выход.

            Оптический источник  15  имеет выход.

 

            Связи контактов и блоков заявляемого устройства.

            Генератор  1  подсоединен к первому входу дефлектора  4, выход которого оптически сопряжен с первым световодом  5, связанным с направленным ответвителем  6.

            Направленный ответвитель  6 по входу оптически сопряжен с первым световодом 5  и жестко связан по первому выходу со вторым световодом  7, который, в свою очередь, оптически связан с приемником  8.

            Приемник  8  оптически связан со вторым световодом  7, выходом подключен к первому входу фазовращателя  9.

            Фильтр  10  входом соединен с выходом фазовращателя  9, выходом – с усилителем  11.

            Усилитель  11  имеет два выхода, второй выход является выходом функционального преобразователя  2.

            Источник излучения  12  подключен своим первым входом к первому выходу усилителя  11  и оптически связан с третьим световодом  13, выход которого соединен со вторым входом дефлектора  4, при этом первый вход модулятора  14  является входом источника излучения 12. Второй вход источника излучения 12 является вторым входом модулятора  14.   Второй выход источника излучения  12   является  выходом оптического источника  15, который оптически сопряжен по выходу с первым входом  первого  оптического резонатора 16 .  Второй вход модулятора  14 оптически сопряжен с первым выходом  второго  оптического резонатора 17.

            Второй выход направленного ответвителя  6  оптически связан с фазовым дискриминатором  3.

            Выход фазового дискриминатора 3 подключен ко второму входу фазовращателя  9.

Первый  оптический резонатор 16  оптически сопряжен  по первому входу с  выходом оптического источника 15.   Второй оптический резонатор 17 оптически сопряжен  по первому входу с  выходом первого  оптического резонатора 16,   по второму входу с выходом первого световода 13, по первому выходу со вторым входом модулятора 14,  по второму выходу со вторым входом первого оптического резонатора 16, по третьему выходу со вторым входом дефлектора 4.

          Передатчик 20   по радиоканалу  сопряжен по выходу со входом  наноструктурного формирователя-приемника частотно-модулированных сигналов .

  Ключ 18  включен  по  входу к  выходу  усилителя 11, а по выходу соединен с первым входом модулятора.   Антенна 19  включена  по выходу к третьему   входу модулятора, а по входу  посредством радиоканала соединена с выходом передатчика 20.

 

Функциональное назначение узлов заявляемого устройства- оптоэлектронного генератора.

            Функциональный преобразователь  2, например, прецизионный, построен по принципу лазерного (оптоэлектронного) автогенератора с волоконно-оптической линией задержки, содержащего усилитель и цепь обратной связи.

            Усилителем в функциональном преобразователе  2  является усилитель  11, который необходим для компенсации затухания сигнала в цепи обратной связи, то есть для обеспечения баланса амплитуд сигнала в функциональном преобразователе  2.

            В цепь обратной связи функционального преобразователя  2  входят последовательно соединенные дефлектор  4, первый световод 5, направленный ответвитель  6, второй световод  7, приемник  8, фазовращатель  9, фильтр  10, усилитель 11,  ключ 18,   источник  излучения 12, третий световод  13,  второй оптический резонатор 17.

При этом источник излучения 12, который  содержит модулятор  14  и оптический источник  15, выполняет функцию  накачки и является модулированным источником оптического излучения в лазерном (оптоэлектронном) автогенераторе с волоконно-оптической линией задержки.

           Модулятор  14 выполняет функцию внешнего электро-оптического модулятора в лазерном (оптоэлектронном) автогенераторе с волоконно-оптической линией задержки и модулирует, например, по оптической фазе или интенсивности оптическое излучение , поступающее на его второй вход с выхода 1 второго оптического резонатора 17.

            Фильтр  10  вводится для улучшения подавления фазовых шумов и снижает уровень паразитных радиочастотных колебаний.

            Направленный ответвитель  6  введен для подключения к функциональному преобразователю  2  фазового дискриминатора  3.

            Для уменьшения уровня фазовых шумов вводится цепь выделения, регистрации и управления фазовыми шумами, которая работает по принципу фазовой автоподстройки.

            Цепь регистрации и управления фазой сигнала выполняется на базе фазового дискриминатора  3  и фазовращателя  9.

            Фазовый дискриминатор  3  выполняет функции выделения, регистрации фазовых шумов сигнала и преобразования сигнала фазовых шумов в электрический сигнал управления.

            Регистрация сигнала фазовых шумов осуществляется в фазовом дискриминаторе  3.            Фазовращатель  9 выполняет функцию управления фазовыми шумами в функциональном преобразователе  2.

Ключ 18  выполняет функцию переключателя режимов – формирования и радиоприема радиочастотного модулированного сигнала.     

     Передатчик 20  выполняет функцию радиопередающего устройства, которое позволяет по радиоканалу передать радиочастотный сигнал  на вход  наноструктурного формирователя-приемника частотно-модулированных сигналов или на вход антенны 19.

Антенна 19   принимает по радиоканалу  радиочастотный сигнал от передатчика, а с выхода   антенны 19 принятый  радиочастотный сигнал поступает на модулятор 14.

  

В лазерном (оптоэлектронном) автогенераторе с волоконно-оптической линией задержки первый оптический  резонатор 16 является активным оптическим резонатором оптического источника  15  и выполняет функцию формирования  заданной оптической частоты,  второй оптический резонатор 17, с одной стороны, является пассивным оптическим  резонатором источника излучения (лазера) и выполняет функцию формирования и стабилизации оптической частоты. С другой  стороны, поскольку второй оптический резонатор 17 включен в цепь обратной связи он является пассивным фильтром  в лазерном (оптоэлектронном) автогенераторе  и определяет радиочастоту колебаний  на его выходе.

 Последовательно оптически сопряженные друг с другом оптический источник 15,   первый оптический резонатор 16  и  второй оптический резонатор 17 выполняют функцию  оптического квантового генератора или лазера.

    Оптический источник 15  выполняет функцию оптической накачки. Первый оптический  резонатор 16  выполняет функцию активного элемента оптического квантового генератора - лазера.  Второй оптический резонатор 17  выполняет функцию оптического резонатора  данного лазера.

    

    Реализация устройств.

            Генератор 1  может быть выполнен, например, по схеме генератора на поверхностных акустических волнах («Проблемы современной радиотехники и электроники»      , под ред. Котельникова В.А., Москва, Наука, 1980 г., стр. 342-345) или схеме LC-генератора (Г. А. Кардашев  «Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств», Москва, Горячая линия – Телеком, 2002 г., стр. 143-145, 171-173).

            Дефлектор  4 может быть  реализован, например, в виде кристалла ТеО₂, в котором возбуждается продольная волна с помощью пьезоэлектрического возбудителя, выполненного на основе ниобата лития (Н. А. Семенов, «Оптические кабели связи. Теория и расчет», Москва, Радио и связь, 1981 г., стр. 300-303).

            Первый световод  5, второй световод  7 и третий световод  13  могут быть, например, реализованы на основе кварцевых одномодовых световодов (Н. А. Семенов, «Оптические кабели связи. Теория и расчет», Москва, Радио и связь, 1981 г., стр. 12-15).

            Первый направленный ответвитель  6  может быть реализован, например, на базе направленного одномодового ответвителя (О. К. Скляров «Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы»,  Солон-Р, Москва, 2001 г., стр. 194).

            Приемник  8 может быть реализован, например, на основе высокочувствительных фотодиодов («Волоконно-оптическая техника: История, достижения, перспективы», под ред. Дмитриева С. А., Слепова Н. Н.   АО  («Волоконно-оптическая техника», Москва, 2000 г., стр. 241).

            Усилитель  11  может быть реализован, например, на базе узкополосных усилителей на биполярных транзисторах с каскадами, выполненными по схеме с общей базой (Г. А. Кардашев  «Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств», Москва, Горячая линия-Телеком, 2002 г., стр. 143-145).

Фазовращатель   9  может быть, например, реализован на основе электронных ферритовых фазовращателей (Справочник по радиолокации, т. 2, под. ред. Скольник М., Москва, Советское радио, 1977 г., стр.47).

Фильтр  10  может быть, например, реализован на основе полосковой линии передачи (Справочник по радиолокации, т. 2, под ред. Скольник М., Москва, Советское радио, 1977 г., стр. 20).

Источник излучения 12, может быть, например, реализован на базе лазерного диода и модулятора из ниобата лития («Волоконно-оптическая техника:  История, достижения, перспективы», под. ред. Дмитриева С. А., Слепова Н. Н.  АО «Волоконно-оптическая техника», Москва, 2000 г., стр. 74).

 Модулятор  14  может быть, например, реализован на базе электрооптического модулятора на базе кристалла ниобата лития LiNbO₃ («Волоконно-оптическая техника: История, достижения, перспективы», под. ред. Дмитриева С. А., Слепова Н. Н. АО («Волоконно-оптическая техника», Москва, 2000 г., стр. 139-140).

Оптический источник  15  может быть, например, реализован на базе полупроводникового лазерного диода («Волоконно-оптическая техника: История, достижения, перспективы», под. ред. Дмитриева С. А.. ых транзисторов (Г. ть реализованы, например, на базе узкополосных усилителей с транзисторными каскадами с общей базой с испо, Слепова Н. Н.  АО («Волоконно-оптическая  техника», Москва, 2000 г., стр. 74).

Фазовый дискриминатор  3  может быть реализован на последовательно соединенных фотоприемнике  («Волоконно-оптическая техника: История, достижения, перспективы», под. ред. Дмитриева С. А., Слепова Н. Н. АО  («Волоконно-оптическая техника», Москва, 2000 г., стр. 241) и блоке фазовой автоподстройки («Генераторы высоких и сверхвысоких частот: Учебное пособие». О. В. Алексеев, А. А. Головков, А. В. Митрофанов и др., Высшая школа, Москва, 2003 г. Стр. 195-199).

Первый оптический резонатор 17 может быть, например, реализован на базе кольцевого оптического резонатора («Интегральная оптика. Физические основы, приложения», под. ред. Светашева К. К.. ых транзисторов (Г. ть реализованы, например, на базе узкополосных усилителей с транзисторными каскадами с общей базой с испо,  («Наука», Новосибирск, 1986 г., стр. 98).

Второй оптический резонатор 16 может быть, например, реализован на базе кольцевого оптического резонатора («Интегральная оптика. Физические основы, приложения», под. ред. Светашева К. К.. ых транзисторов (Г. ть реализованы, например, на базе узкополосных усилителей с транзисторными каскадами с общей базой ,  («Наука», Новосибирск, 1986 г., стр. 98).

  

Формирователь частотно-модулированных сигналов - оптоэлектронный генератор - работает следующим образом.

На выходе генератора  1  вырабатывается напряжение  U(t), которое поступает на первый вход дефлектора  4. Это напряжение вызывает изменение задержки Т₁(t) сигнала светового излучения, проходящего через дефлектор  4  от источника  12  через третий световод  13.

При постоянном напряжении U(t) = U₀ генератора  1  на втором выходе усилителя  11, т.е. на выходе функционального преобразователя  2, формируются электрические радиочастотные колебания с частотой f₀.

Изменение напряжения генератора  1  во времени U(t) приводит к изменению частоты колебания f(t) функционального преобразователя  2  на втором выходе усилителя  11.

Функция изменения частоты от времени f(t) полностью определяется типом дефлектора  4.

При выполнении баланса амплитуд и фаз в таком функциональном преобразователе  2, т.е. на втором выходе усилителя  11,  формируются электрические радиочастотные колебания, частота  f₀  которых приблизительно равна собственной частоте фильтра 10  f_ф и определяется общей задержкой Т₀ сигнала в его цепи обратной связи:

 

                                                f₀ = m/T₀                                                                        (1)

 

где  m – номер типа колебания,  m=1,2,3… - натуральные числа.

В свою очередь задержка в цепи обратной связи зависит от задержки Т₁ в дефлекторе  4. Изменение задержки в дефлекторе  4  от времени  Т₁ =Т₁(t) при модуляции напряжения  U(t), поступающего на его вход от генератора  1, производит изменение частоты

 

                                              f(t) = f₀+f₁(t),

 

где f₁(t) – изменение частоты за счет изменения со временем t задержки Т₁=Т₁(t) в дефлекторе  4, т.е. частоты колебаний на втором выходе первого усилителя  16. Таким образом, задаваясь законом изменения напряжения U(t) генератора 1, после функционального преобразования на втором выходе усилителя  11  получают заданное частотно-модулированное колебание с частотой f(t), для которой справедливо выражение

 

                                               f(t) = m/(T₀ +T₁(U(t))),

           

            где  m=1,2,3…

            При этом частота модуляции изменений колебаний напряжения намного меньше средней собственной частоты f₀ функционального преобразователя  2.

            В процессе формирования радиочастотных колебаний в схеме функционального преобразователя  2  из-за шумов устройств, входящих в его состав, возникает фазовые шумы сигнала.

            Выделение и регистрация сигнала фазовых шумов осуществляется в фазовом дискриминаторе  3  по схеме фазовой автоподстройки частоты.

            На выходе фазового дискриминатора  3  формируется сигнал управления. Сигнал управления пропорционален по своему мгновенному значению фазе сигнала шумов. Данный сигнал управления поступает на второй вход фазовращателя  9.

            Фазовращатель  9  задерживает фазу поступающего на его первый вход сигнала так, чтобы на его выходе происходила компенсация регистрируемого разностного фазового набега фазовым дискриминатором 3.

Таким образом, происходит компенсация и снижение фазовых шумов в функциональном преобразователе  2, и за счет неё улучшается точность формирования частотно-модулированных сигналов. Уровень снижения фазовых шумов определяется уровнем выравнивания по амплитуде сигналов фазовых шумов в цепях выделения фазовых шумов и цепи формирования сигнала управления, т.е. в цепях, образованных элементами фазового дискриминатора 3.

 

       В процессе формирования радиочастотных колебаний в схеме функционального преобразователя  2  из-за шумов устройств, входящих в его состав, помимо полезного основного колебания на частоте f₀ возникают паразитные радиочастотные колебания   на частотах кратных f_0, которые определяются выражением (1).

Уровень  паразитных колебаний  сигнала зависит от добротности электронного фильтра 10 и прямо пропорционален  ширине полосы пропускания фильтра 10. Чем выше добротность  фильтра 10, тем ниже уровень паразитных колебаний.  Добротность  электронного фильтра 10 ограничена конструктивными особенностями резонатора и величиной диэлектрической постоянной применяемых в нем материалов. Современные   электронные фильтры 10, например, в диапазоне СВЧ имеют    добротность не более 1000 и не могут производить эффективное подавление паразитных радиочастотных колебаний.

    Для эффективного подавления  паразитных радиочастотных колебаний в схеме функционального преобразователя  2   используется резонансный опто-электронный фильтр, образованный вторым оптическим резонатором 17 и приемником 8, а также    применяется источник излучения 12, состоящий из оптического источника 15 и  модулятора 14,  и   первый оптического резонатора 16.   

       На вход 1 первого оптического резонатора 16 от оптического источника 15 поступает оптическое излучение, которое переводит атомы материала   первого оптического резонатора 16 в возбужденное состояние. Благодаря процессу спонтанного перехода атомов из возбужденного состояние в основное состояние происходит процесс излучения света.  На выходе   первого оптического резонатора 16  формируется поток светового излучения, которое поступает на вход  1  второго оптического резонатора 17. Пройдя по кольцевому пути против часовой стрелки от входа 1 по направлению к  выходу 2 второго оптического резонатора 17, часть оптического излучения поступает  на вход первого оптического резонатора 16. Оставшаяся часть оптического излучения  циркулирует против часовой стрелке по кольцу  второго оптического резонатора 17.

    При выполнении условий возбуждения в такой замкнутой  системе, образованной, оптическим источником 15, первым оптическим резонатором 16 и вторым оптическим резонатором 17, происходит генерация лазерного излучения стабильной оптической частоты. Данная система является лазером, оптическая частота v₀ которого определяется   периметром окружности  L кольца второго оптического резонатора 17, и показателем преломления N его материала

                                          v₀ = M c /(LN)                                                                        (2)

 

где  c- скорость света в вакууме, M – номер типа колебания,  M=1,2,3… - натуральные числа.

   С выхода 1 второго оптического резонатора 17   данное оптическое излучение поступает на вход 2 модулятора 14, в котором модулируется  электрическим сигналом, поступающим на вход 1 модулятора14.

С выхода 1 модулятора 14  промодулированное оптическое излучение поступает на вход первого световода 13, в котором задерживается. С выхода световода 13 оптическое излучение поступает на вход 2 второго оптического резонатора 17.

  С выхода 3   второго оптического резонатора 17 оптическое излучение поступает на вход 2 дефлектора 4, а далее через световод 5, фазовращатель6  и  световод 7 на вход приемника 8 .

 Благодаря тому,  что  второй оптический резонатор 17 совместно с приемником 4 выполняет функцию опто-электронного фильтра, после поступления оптического излучения на приемник 4 на его выходе происходит подавление паразитных радиочастотных колебаний.

Изменения внешнего воздействия, например, температуры приводят к уходам геометрической длины периметра окружности кольца второго оптического резонатора 17 и показателя преломления его материала и, как следует из (2), приводят к уходам оптической частоты лазера v₀. 

При изменении  внешних воздействий существует задача удержания оптической частоты лазера на  собственной оптической частоты оптического фильтра - второго оптического резонатора 17.

Эта задача решается  посредством образования  во  втором оптическом резонаторе 17  двух  встречных световых потока оптического излучения.

  Первый поток оптического излучения образован  поступающим оптическим излучением на  вход 1 второго оптического резонатора 17 и  частично выходящим   из него с выхода 2.

 Второй поток  оптического излучения образован поступающим  излучением на  вход 2 второго оптического резонатора 17  и частично  выходящим из него с выхода 3. 

        Эти два встречных потока излучения не взаимодействуют друг с другом, но циркулируют во втором оптического резонатора 17 и  имеют одинаковые времена распространения – один распространяется по часовой стрелке, а другой – против часовой стрелке.

При изменении показателя преломления и геометрических размеров   второго оптического резонатора 17 от внешних воздействий, например, от температуры  центральная частота оптического излучения  лазера, и собственная частота оптического фильтра , образованного     вторым оптическим резонатором 17, будут изменяться одинаково и приблизительно совпадать.

 То есть такая система «автоматически» будет  отслеживать температурные уходы центральной оптической            частоты лазера, образованного оптическим источником 15, которые в этом случае совпадают с уходами  собственной частоты оптического  фильтра.  

        Эквивалентная добротность резонансной системы функционального преобразователя 2 с введением в схему формирователя частотно-модулированных сигналов   второго оптического резонатора 17  увеличивается на порядок и более, что приводит к более эффективному подавлению паразитных радиочастотных колебаний.

      Использование в формирователе частотно-модулированных сигналов высокодобротного   второго оптического резонатора 17 приводит к резкому повышению требований к стабильности оптической частоты источника – лазера. Например, при эквивалентной добротности резонансной системы  по радиочастоте более 10000   в формирователе частотно-модулированных сигналов - лазерном автогенераторе  - уходы оптической частоты лазера, например, от температуры,  должны составлять менее 0,01 МГц. Требование к стабильности оптической частоты источника ведет к усложнению и удорожанию формирователя частотно-модулированных сигналов на основе лазерного автогенератора.

Решением данной проблемы является совмещение  в схеме  формирователя частотно-модулированных сигналов - лазерного автогенератора - первого оптического резонатора 16, который   сопряжен оптически с источником  и вторым оптическим  резонатором 17. Первый оптический резонатор 16,  источник  и второй оптический  резонатор 17 образуют оптическую систему , которая позволяет  снизить требование к стабильности оптической частоты источника более чем в десять раз.

Поэтому при совпадении резонансной  оптической частоты  лазера и собственной частоты оптического фильтра  уходы, например, из-за температуры , этих оптических частот – резонансной  частоты лазера и собственной частоты фильтра будут одинаковыми. То есть   они будут совпадать. При этом при большой добротности второго резонатора 17 осуществляется эффективное подавление  паразитных радиочастотных колебаний  .

            В результате испытаний установлено, что уровень снижения паразитных радиочастотных колебаний   составляет более 5 дБ.

            Таким образом, можно утверждать, поставленная задача – повышение точности формирования частотно-модулированных сигналов  за счет повышения эффективности подавления паразитных радиочастотных колебаний,  решена.