Читать «Квантовый оптоэлектронный генератор» онлайн - страница 15

Подчеркнем, что влияние на формирование фазовых шумов ОЭГ шума СИ, которое обусловлено наличием относительно большого уровня спонтанного излучения (СИ), является одним из главных отличительных свойств оптических квантовых генераторов (КГ) от традиционных электронных генераторов. Как известно, уровень спонтанного излучения имеет кубическую зависимость от частоты излучения фотонов [оптика Алехин] и в оптическом диапазоне значительно превышает шум, обусловленный тепловыми факторами (от температуры), который пропорционален kT (где k- постоянная Больцмана, T- температура в Кельвинах), фликкер шум и дробовый шум, традиционно исследуемые в радиофизике. Подробнее вопрос о ФШ ОЭГ рассмотрен в главах 3,5и 6. Здесь мы обоснуем основные соотношения.

В ОЭГ по сравнению с традиционными радиотехническими автогенераторами, исследуемыми в теории колебаний, появляется новый малоисследованный в радиофизическом смысле источник шума — шум, обусловленный продетектированным ФД спонтанным излучением лазера КЛД. Для когерентных систем формирования и гетеродинного фотодетектирования, к которым относится ОЭГ, шум СИ является определяющим, так как его уровень значительно превосходит электронные собственные шумы ФД, НУ. Малое исследование СИ и не выделение его в качестве отдельного особенного квантового шума в большинстве импульсных оптоэлектронных системах, которые широко используются в ВОЛС, объясняется тем, что в них обычно используется импульсном режим работы лазера или КЛД детектирование в широком ряде случаев идет без использования гетеродинирования. В системах передачи информации, например, в обычных импульсных ВОЛС на площадку ФД (в ОЭГ на ФД поступает большой сигнал) на ФД поступает малый сигнал и детектируется импульсная мощность излучения, а шумы в ВОЛС определяются шумами фотоприемника.

Сложность моделирования и исследования шума, обусловленного спонтанным излучением КЛД, объясняется тем, что спонтанное излучение (СИ) имеет чисто квантовую природу. Под квантовой природой здесь имеются ввиду «постулаты», доказываемые в рамках теории квантовой механики, об энергетических уровнях атома, при переходе с высшего «излучательного» энергетического уровня E₂ на низший уровень E₁ частица (атом или электрон при рекомбинировании) излучает квант света hv = E₂ — E₁ (v-оптическая частота, h-постоянная Планка),происходит вынужденное излучение при взаимодействии частицы с э-м полем излучения с частотой этого поля и с одинаковой фазой внешнего э-м излучения, а также необходимо учитывать процесс самопроизвольного спонтанное излучение. Корректное математическое описание СИ возможно при использовании аппарата квантовой механики. Напомним, что спонтанное и вынужденное излучение невозможно описать в рамках обычной электродинамики (ЭД). Например, при ускоренном движении электрона по орбите вокруг ядра не происходит излучения света, хотя по законам ЭД в этом случае должна излучаться в пространство э-м волна. Оперирование квантомеханическими уравнениями довольно сложно, и как показывает практика теоретических исследований ОКГ [Микаэлян], для точного описания процессов в ОКГ достаточно использования полуклассической модели в дипольном приближении. Как было уже сказано, что в данной работе для анализа СПМ ФШ ОЭГ используется именно такая полуклассическая модель лазера в дипольном приближении (главы3,5,6). Если в рамках этой полуклассической модели (ПКМ) лазера проводить исследование ФШ ОЭГ, необходимо дополнить традиционную ПКМ, построенную для напряженности электрического поля лазерного вынужденного излучения источником шума, также в размерности напряженности электрического поля прямо пропорциональной уровню СИ в квазистационарном состоянии.