Читать «Квантовый оптоэлектронный генератор» онлайн - страница 16

Рис. 1.6. Твердотельный лазер на рубине (или на неодиме Nd⁺³) с оптической накачкой.

Рис.1.7. Твердотельный полупроводниковый лазер с накачкой электрическим током.

Рис.1.8. Схемы энергетических уровней на КГ на рубине трехуровневая (а), четырех уровневая КГ на неодиме (б), зонная структура сильно

Рис.1.9. Вид квантоворазмерной зоны (вверху) и схема энергетических уровней (внизу) квантово-размерного лазерного диода (КЛД) на основе InGaAs.

1.4. Элементы оптоэлектроники и СВЧ/КВЧ техники в ОЭГ

ОЭГ, как источник колебаний нового типа, обладает преимуществом по совместному использование новейших твердотельных компонентов и элементов оптоэлектроники и акустооптики, оптических волокон и традиционной элементной базы СВЧ/КВЧ техники.

Применение в ОЭГ одиночного оптического волокна (совместно с малошумящими лазером и фотодиодом) позволяет создать компактную (10 мм х100 мм х100 мм) малошумящую ВОЛЗ высокой добротности 1000000 с задержкой более чем 50 мкс (при длине ВС 10 км). Потери электрической мощности передаваемого сигнала в диапазоне частот 0.1 Гц до 50 ГГц составляют при длине ВС не более нескольких километров от —10 дБ до —18 дБ. Этот невысокий уровень СВЧ потерь имеет место за счет относительно высокой крутизны преобразования в лазере, ФД, незначительного оптического затухания в оптических волокнах и направленных ответвителях. Такая ВОЛЗ является устойчивой к высоким ударным и длительным динамическим перегрузкам и ускорению (2—10 g), длительным акустическим воздействиям. У ближайшего альтернативного решения АГ СВЧ резонаторы на монокристаллах сапфира не выдерживают высоких ударных и динамических нагрузок более 100…200 Н/кв. см [140]. С другой стороны, в ВОЛЗ возможно создание задержки колебаний более чем на 50 мкс (при длине ВС 10 км). При этом за счет наращивания геометрической длины оптоволокна, увеличения мощности лазера, использовании в ВОЛЗ малошумящих лазеров удается достичь фазовых шумов ОЭГ менее -120 Дб/Гц при частотной отстройке на 1 кГц от 10 ГГц.

Получение СВЧ фазовой модуляции оптического излучения стало возможным с появлением электрооптических фазовых модуляторов СВЧ колебаний. Эффективное снижение фазового шума в ОЭГ происходит за счет использования ВОЛЗ с большим временем задержки (10…50 мкс для колебаний с частотой 8…12 ГГц), а также за счет использования когерентного фотодетектирования и самогетеродинирования двух по разному задержанных оптических колебаний. Возможность получить компенсацию ФШ при самогетеродинировании обусловлено высоким отношением частоты оптической несущей 128 ТГц к частоте радио поднесущей 10 ГГц, которое составляет 12800. Получение в ОЭГ на СВЧ поднесущей 10 ГГц спектральной плотности мощности (СПМ) фазовых шумов менее -120 Дб/Гц при частотной отстройке на 1кГц от 10 ГГц является вполне реализуемым.