Александр Борцов - Квантовый оптоэлектронный генератор

6. В результате сделанного обзора и анализа различных генераторов можно заключить, что уровень фазовых шумов ОЭГ приближается к фазовым шумам «самого малошумящего генератора» на лейкосапфире. Разница на частотах СВЧ диапазона 8…12 ГГц составляет примерно 5…15 дБ/Гц. Но при этом ОЭГ имеет более широкий потенциальный рабочий СВЧ диапазон до 70…100 ГГц при сохранении малости фазовых шумов. Принципиальным является то, что ОЭГ с ВОЛЗ имеет потенциальные возможности снижения фазовых шумов за счет оптимизации лазера и ВОЛЗ в целом. Другими важными преимуществами ОЭГ по сравнению с генератором на лейкосапфире являются более высокие прочностные характеристики за счет применения протяженной уложенной кольцами структура ВОЛЗ, потенциальные меньшие вес и габариты полезного объема ВОЛЗ, в котором распространяется лазерное излучение в ОВ. Полезный объем ВОЛЗ составляет менее одного кубического сантиметра при применении в ВОЛЗ одного километра длины оптического волокна. На два порядка менее слабая зависимость ФЧХ ВОЛЗ от температуры, более сильная на порядок (и более) стойкость к внешним механическим воздействиям и ускорениям за счет линейной топологии укладки тонкой нити кварцевого оптоволокна на катушку в ВОЛЗ.

7. Одним из результатов анализа различных оптоэлектронных схем создания высокостабильных колебаний, является такой вывод, что современные оптические микрорезонаторы (Брега, диски и др.) можно использовать в ОЭГ только в качестве оптических дискриминаторов подстройки ФАП и ЧАП оптической частоты лазеров, из-за низких порогов на вводимую мощность оптического излучения (5…20 мкВт), которые связаны с нелинейными оптическими эффектами.

8. Коренным моментом при производстве стабильных генераторов СВЧ и КВЧ диапазонов является оправданный переход от полностью радиочастотного генератора РЧГ и от полностью оптического генератора ОКГ и к гибридной схеме ОЭГ, содержащей и оптическую, и радиочастотную части. Только в этом случае появляется возможность высокоэффективного селективного подавления паразитных гармоник, отстоящих от полезной на интервале менее 1…100 кГц радиочастотными высокодобротными фильтрами при увеличении геометрической длины оптической линии задержки порядка 2…10 км.

Фундаментальными причина такого ограничения являются то, что добротность радиочастотных фильтров СВЧ и КВЧ ограничена миллионом (из-за роста потерь в материале при снижении длины волны), а добротность оптических фильтров (без присутствия нелинейных эффектов) ограничена 10…1000 из-за высокой плотности мощности в следствии малости длины волны примерно 1 мкм. Как следствие такого перехода к гибридной схеме ОЭГ, возникают неизбежные потери мощности, циркулирующей в кольце генератора. При двойном оптоэлектронном преобразовании мощность снижается не менее, чем в 10 раз.

Вдобавок возникают дополнительные фазовые шумы спонтанного излучения лазера, которые с учетом преобразования существенно выше естественных электронных шумов. Тем не менее, развитие технологии квантоворазмерных малошумящих КЛД с подстройкой оптической фазы с использованием высокодобротнх микрорезонаторов (с шириной линии менее 10 МГц на оптической несущей) (ФШ менее -100дБ/Гц), и производство коммерчески доступных низкодисперсионных оптических волокон длиной 2…10км, намотанных на компактные бобины (с габаритаными размерами 5смх5смх5см) гарантирует революционный прорыв в области стабильных генераторов СВЧ и КВЧ.

9. Результатом анализа различных генераторных схем и их характеристик можно заключить, что ОЭГ является по своим характеристикам модемным генератором с самогетеродинированием, в котором можно использовать наряду с традиционными электронными резонаторами, фильтры и линии задержки, так оптические линии задержки и резонаторы. Фазовые шумы в такой автоколебательной системе ОЭГ определяются спонтанными шумами лазера, электронными фазовыми шумами лазера, фотодетектора и электронного нелинейного усилителя.

1. Андронов А. А., Витт А. А., Хайкин С. Э. Теория колебаний. — М.: Наука, 1981. 568 с..

2. Жалуд В., Кулешов В. Н.. Шумы в полупроводниковых устройствах. Под общей редакцией А.К.Нарышкина. — М.: Советсткое радио,1977г.-416 с.

3. Царапкин Д. П. —Методы генерирования СВЧ колебаний с минимальным уровнем фазовых шумов: Диссертация на соискание доктора технических наук. — М., 2004. —413 с.

4. Гоноровский И. С. К теории автогенераторов с запаздывающей обратной связью // Радиотехника. — 1958. — т. 13. — №5. — С. 19—36.

5. Понкратов В. С. Стационарные режимы автогенератора с запаздывающей обратной связью // Изв. вузов МВ ССО СССР. Сер. Радиотехника. — 1958. — Т.1. -№6. —С. 705—714.

6. Попов В. Н., Щербак В. И. Многочастотный автоколебательный режим в автогенераторе с задержанной обратной связью // Изв. Ленинградского электротехнического института. -1974. —Вып. 158. — С. 75—83.

7. Дихтярь В. Б. Анализ условий генерации гармонического сигнала в СВЧ усилителях с линией задержки в цепи ОС // Радиотехника и электроника. — 1975. — Т.20. — №10. — С. 2101—2112.

8. Парыгин В. Н., Гассаб Х. К теории генератора с оптической линией задержки // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. Физика, астрономия. — 1975. — Т.16. — №6. — С. 659—665.

9.Козловский К. Н., Пешехонов С. П. Автогенератор с запаздыванием // Ч.1. — НДШВ, Радиотехника и электроника. — 1959. — №2. — С.138—151.

10. Козловский К. Н., Пешехонов С. П. Автогенератор с запаздыванием // Ч.2. — Изв. вузов СССР. Сер. Радиотехника. — 1960. — №4. — С.453—462.

11. Перепелятник П. А. Автоколебания в автогенераторе с запаздыванием // Радиотехника и электроника. — 1961. — Т.6. — №10. — С. 1601—1608.

12. Рубаник В. П. Колебания квазилинейных систем с запаздыванием. — М.: Наука, 1969, — 288 с.

13.Азьян Ю. М., Мкртумов А. С. Устойчивость многочастотных колебаний в генераторе с запаздывающей обратной связью // Вест. Моск. Ун-та. Сер. Физика, астрономия.- 1976. — т.17. -№4. — С. 452—460.

14. Белюстина Л. Н. О возбуждении автоколебаний в нелинейной системе фазовой автоподстройки частоты с запаздывающим аргументом // Изв. вузов МВ и ССО СССР. Сер. Радиофизика. — 1960. —т.3. — №5. — С. 909—911.

15. Азьян Ю. М., Мигулин В. В. об автоколебаниях в системе с запаздывающей обратной связью// Радиотехника и электроника. — 1956. — т. 1. — №4. — С. 418—427.

16. Бовшеверов В. М. о некоторых колебательных задачах, приводящих к функциональным уравнениям // ЖТФ. — 1936. — т.6. — №9 — С. 1480—1488

17. Дворников А. А., Огурцов В. И., Уткин Г. М. Несинусоидальные режимы генератора на основе многочастотного резонатора поверхностных акустических волн // Радиотехника и электроника. — 1985. — т.30. — №3. — С. 604—611.

18. Рождественский А. Н. Использование метода интегральных уравнений при анализе выборов на поверхностных акустических волнах // Вопросы теории и практического использования поверхностных акустических волн: Межведомственный тематический сборник / Моск. энерг. Ин-т. — 1983. — вып. 22. — С.16—22.