автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Фотонные фильтры микроволновых сигналов на основе одночастотного лазера и амплитудного электрооптического модулятора Маха-Цендера

л

ФОТОННЫЕ ФИЛЬТРЫ МИКРОВОЛНОВЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ОДНОЧАСТОТНОГО ЛАЗЕРА И АМПЛИТУДНОГО ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА МАХА-ЦЕНДЕРА

Специальность 05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

м

САДЕЕВ ТАГИР СУЛТАНОВИЧ

Казань - 2011

7 АПР 2011

4842114

Работа выполнена в Национальном исследовательском университете ГОУ ВПО Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Морозов Олег Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

кафедры Радиоэлектронных и телекоммуникационных систем Надеев Адсль Фирадович, профессор Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева

кандидат технических наук, доцент кафедры Линий связи и измерения в технике связи Бурдин Антон Владимирович, доцент Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики, г. Самара

Ведущая организация: ГОУ ВПО Уфимский государственный

авиационный технический университет, г.Уфа

Защита состоится 22 апреля 2011 г. в 14— на заседании диссертационного совета Д 212.079.04 при Казанском государственном техническом университете им. А. Н. Туполева по адресу: 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д.31

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью организации, высылать по адресу: 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета имени А. Н. Туполева

С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте Казанского государственного технического университета имени А. Н. Туполева www.kai.ru

Автореферат разослан «21» марта 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Седов С С

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

-От

-LLJ—0-у

; 1 j

6)

Актуальность темы. Современные методы и алгоритмы обработки микроволновых сигналов в оптическом диапазоне длин волн применяются в различных радиотехнических системах приема, передачи и обработки информации, радиолокации, формирования диаграммы направленности фазированных антенных решеток, генерации сигналов опорной частоты и их передачи по оптическому волокну, преобразования частоты и др., а также в телекоммуникационных системах типа ROF (от англ. - Radio Over Fiber) и широкополосного доступа (IEEE 802.16, УМТС и др.).

Задача обеспечения требуемых характеристик фильтрации сигналов микроволнового диапазона в данных системах решается путем использования фотонных (полностью оптических) фильтров. Под фотонными фильтрами микроволновых сигналов (ФФМС) понимается система, подобная по структуре и принципу действия традиционному цифровому фильтру, но обрабатывающая микроволновые сигналы в оптическом диапазоне. Вариант такого фильтра представлен на рис. 1 ,а. Основными его узлами являются источники опорного излучения ЛД на длинах волн X|-XN, формирующие коэффициенты, из которых синтезируется фильтр, ЭОМ, который в данном случае выполняет функцию информационной микроволновой модуляции полученных коэффициентов, а в общем случае может быть использован при их формировании (см. рис. 1,6), а также ДУ, создающее временную задержку Г для каждого из N коэффициентов. В итоге формируется АЧХ фильтра, подобная показанной на рис. 1,в.

Системная функция ФФМС с конечным числом коэффициентов фильтра определяется как =2f=o0£z-i.

где а, - коэффициенты, (модулированные частоты оптического диапазона); :=ехр(/'а>Т), Т - временная задержка, вносимая ДУ, зависящая от длины волны каждого коэффициента (частоты оптического сигнала).

Кроме варианта, приведенного выше, существует широкий спектр ФФМС, реализованных на широкополосных источниках излучения, перестраиваемых решетках Брэгга, полупроводниковых усилителях, модуляционных элекгрооптических преобразователях и т.д. Модуляционные методы формиро-

— ФД

Рис. 1. ФФМС. ЛД - лазерный диод. Г - генератор микроволновых сигналов. Т - временная задержка, а, - весовой коэффициент, ЭОМ-электрооптический модулятор, ФД - фотодиод, ДУ - дисперсионное устройство, ИСМ-источняк смещения рабочей точки

вания коэффициентов фильтров, выделенные нами как наиболее перспективные, являются объектом исследования настоящей диссертации.

Для ФФМС основными являются динамические, статические и конструктивные характеристики. Под динамическими характеристиками понимается возможность перестраивать селективные параметры устройства (ширина полосы пропускания, центральная частота, ослабление в канале задержки) и возможность принципиально изменять его конфигурацию, т.е. вид частотной характеристики, например, от полосового к НЧ - или ВЧ - фильтру. Под статическими - понимается стабильность характеристик фильтра при изменении амплитудных, фазовых и частотных соотношений его коэффициентов, вызванных отклонениями параметров их формирования от оптимальных. Конструктивные характеристики определяют возможность реализации миниатюрных ФФМС, в т.ч. для бортовых радиотехнических систем, и создание полностью оптических сетей обработки микроволновых сигналов.

Необходимо отметить, что синтезом ФФМС занимаются многие коллективы специалистов, как в России, так и за рубежом. Значительный объем информации по проблеме модуляционных методов преобразования частоты содержится в трудах Гуляева Ю.В., Застрогана Ю.Ф., Гринева А.Ю., Тычинского В.П., Польского Ю.Е., Ильина Г.И., Морозова О.Г. и др. Вопросу применения модуляции в задаче получения требуемого числа оптических коэффициентов фильтра посвящена работа Ю. Вана. Вопросу реализации коэффициентов фильтров различного знака посвящены работы Я. Яо, Д. Пастора, Ф. Женга, Р. Минасяна, С. Блэза, X. Капмани.

Анализ результатов, полученных при эксплуатации известных разработок ФФМС, показывает, что все они в той или иной степени не удовлетворяют требованиям по реализации указанных выше характеристик либо по возможности создания полосовых и ВЧ-фильтров, перестройки АЧХ, либо по её стабильности при отклонениях параметров модуляционного преобразования от оптимальных, либо по числу узлов и блоков, используемых при реализации ФФМС.

' Это объясняется отсутствием решения широкого круга теоретических и практических вопросов, как для процессов формирования требуемого количества коэффициентов фильтра, так и их знака.

Одним из таких вопросов является поиск путей позволяющих реализацию частотных характеристик полосовых и ВЧ-фильтров. Для синтеза таких фильтров требуется формирование отрицательных коэффициентов. В представленной на рис. 1 ,а системе отрицательные коэффициенты (см. рис. 1,6) обеспечиваются модуляцией излучения массива ЛД Xt, A3,., ли-i микроволновым сигналом на отрицательном склоне модуляционной характеристики ЭОМ, а положительные -на положительном склоне. Склон, на котором осуществляется модуляция, определяется положением рабочей точки, которое задается амплитудой напряжения смещения от ИСМ. Число коэффициентов в данной системе определяется количеством ЛД. Следует также подчеркнуть, что большинство публикации, посвященных реализациям ФФМС, содержат решение лишь частных вопросов. Мало внимания уделено возможности изменения конфигураций фильтров,

практически не исследуются их статические характеристики. Эти обстоятельства не позволяют сделать обоснованный выбор способа модуляционного преобразования частоты источника оптического излучения, который обеспечит требуемое число коэффициентов и их знак для реализации заданной АЧХ фильтра.

Отмеченные выше обстоятельства определяют актуальность разработки принципов построения ФФМС на основе модуляционного преобразования одночастотного лазерного излучения в электрооптических модуляторах, построенных на базе интерферометров Маха-Цендера (ЭОММЦ), как наиболее перспективного с позиций улучшения динамических, статических и конструктивных характеристик фильтров указанного класса.

Представляемая диссертационная работа посвящена решению поставленных вопросов. Тематика, постановка задач и содержание работы соответствуют планам научных исследований, являющихся составной частью Федеральной программы развития Национального исследовательского университета Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) и аналитической ведомственной целевой программы Минобрнауки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2011 годы)», выполняемых на кафедре Телевидения и мультимедийных систем и в НОЦ «Волоконно-оптические технологии» КГТУ-КАИ.

Цель работы состоит в решении важной научно-технической задачи улучшения динамических, статических и конструктивных характеристик фотонных фильтров микроволновых сигналов.

Основная задача научных исследований: разработка принципов построения, методов анализа и синтеза фотонных фильтров микроволновых сигналов, построенных на основе модуляционного преобразования одночастотного лазерного излучения в электрооптических модуляторах Маха-Цендера.

Решаемые задачи.

1. Анализ характеристик существующих и перспективных ФФМС; выявление резервов для улучшения их динамических, статических и конструктивных характеристик; определение на этой основе направлений дальнейших научных исследований.

2. Исследование и сопоставительный анализ методов модуляционного преобразования и соответствующих им выходных сигналов ЭОММЦ в различных рабочих точках их модуляционных характеристик по напряженности электрического поля с позиций формирования требуемого числа и знака коэффициентов ФФМС; обоснование необходимости использования амплитудного ЭОММЦ для улучшения динамических, а на их основе статических и конструктивных характеристик ФФМС.

3. Теоретическое исследование статических характеристик ФФМС, построенных на основе одночастотного лазера и амплитудного ЭОММЦ, с позиций анализа и численной оценки искажений структурного состава коэффициентов фильтра и формируемых АЧХ, вызванных отклонениями параметров модуляции от оптимальных; разработка методов и структурных схем блоков для по-

з

вышения стабильности амплитудных и частотных характеристик формируемых коэффициентов и улучшения статических характеристик ФФМС в целом.

4. Проектирование и создание с использованием разработанных методов ФФМС на основе одночастотного лазера и амплитудного ЭОММЦ с позиций улучшения конструктивных характеристик фильтров указанного класса; экспериментальное исследование динамических, статических и конструктивных характеристик разработанных ФФМС; внедрение результатов работы для создания перспективных радиотехнических систем с обработкой микроволновых сигналов в оптическом диапазоне.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.

В процессе выполнения работы на различных ее этапах использовались эмпирические и теоретические методы исследований: математическое моделирование, вероятностные методы и статистическая обработка экспериментальных результатов. При анализе спектральных структур коэффициентов ФФМС использован аппарат дискретного преобразования Фурье, метод г-преобразо-вания и другие методы анализа линейных дискретных систем.

Обоснованность и достоверность результатов определяются использованием известных положений фундаментальных наук, корректностью используемых математических моделей и их адекватностью реальным физическим процессам модуляции; совпадением теоретических результатов с данными экспериментов и результатами исследований других авторов; экспертизами ФИПС с выдачей патента РФ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что:

1. Проведен анализ существующих и перспективных ФФМС; определены пути улучшения их динамических, статических и конструктивных характеристик, основанные на модуляционных методах формирования коэффициентов фильтра, реализуемых с помощью электрооптического преобразования одно-частотного лазерного излучения в многочастотное.

2. Проведено исследование и сопоставительный анализ методов модуляционного преобразования и соответствующих им выходных сигналов ЭОММЦ различных типов по напряженности электрического поля с позиций формирования требуемого числа и знака коэффициентов. Получены соотношения, позволяющие качественно и количественно оценить спектральную структуру коэффициентов фильтра при работе модуляторов в различных рабочих точках модуляционной характеристики и определить соответствующие им синтезируемые частотные характеристики ФФМС. Впервые показано получение отрицательных коэффициентов, достигаемое модуляционным преобразованием одночастотного лазерного излучения в нулевой и максимальной рабочей точке амплитудного ЭОММЦ, что принципиально необходимо для синтеза полосовых фильтров и фильтров высоких частот. Обосновано использование одно-портового амплитудного ЭОММЦ для улучшения динамических, а на их основе статических и конструктивных характеристик ФФМС.

3. С использованием полученных соотношений проведены теоретические исследования статических характеристик ФФМС, построенных на основе одно-

частотного лазера и однопортового амплитудного ЭОММЦ, с позиций анализа и численной оценки искажений структурного состава коэффициентов фильтра и формируемых АЧХ, вызванных отклонениями параметров модуляции от оптимальных. Показано, что статические характеристики ФФМС в большей степени определяется стабильностью положения рабочей точки модулятора. Предложены методы и структурные схемы блоков для повышения стабильности амплитудных и частотных характеристик формируемых коэффициентов и улучшения статических характеристик ФФМС в целом.

4. На основе разработанных методов с учетом необходимости улучшения конструктивных характеристик фильтров указанного класса спроектирован и создан ФФМС на основе одночастотного лазера и амплитудного ЭОММЦ. Проведены экспериментальные исследования, подтвердившие результаты теоретических оценок по улучшению динамических, статических и конструктивных характеристик ФФМС.

Практическая ценность полученных результатов. Совокупность результатов, полученных в процессе выполнения диссертационной работы, убедительно доказывает возможность создания ФФМС на основе одночастотного лазера и однопортового амплитудного ЭОММЦ с улучшенными характеристиками. Подтверждением этому являются разработанные экспериментальные образцы ФФМС и результаты их исследований. При этом достигается улучшение динамических, статических и конструктивных характеристик ФФМС, выражающееся: в возможности перестройки селективных параметров АЧХ фильтров с помощью изменения параметров лишь одного управляющего сигнала; выигрыше в 2-3 раза по стабильности полосы пропускания фильтра за счет применения методов стабилизации положения рабочей точки модулятора; упрощении конструкции, снижении стоимости и повышении надежности ФФМС.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы, реализованные в виде опытных образцов ФФМС, данных теоретических и экспериментальных исследований, методик проектирования и расчета внедрены на ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» (г. Пермь), в научно-исследовательский процесс НИУ КГТУ-КАИ и ГОУВПО ПГУТИ (г. Самара) при выполнении госбюджетных и хоздоговорных работ, в учебный процесс Казанского филиала ГОУВПО ПГУТИ (г. Казань). Научно-технические результаты работы используются при выполнении НИР по Федеральной программе развития Национального исследовательского университета КГТУ-КАИ и аналитической ведомственной целевой программы Минобрнауки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2011 годы)».

Апробация результатов диссертации. Результаты диссертационной работы докладывались на XIV - XVII Международных молодежных НТК «Тупо-левские чтения» в 2006-2009 г.г., VI Всероссийской молодежной научной школе «Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение» Саранск 2007 г., V - IX Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов» 2006 - 2010 г.г., VI - VIII Международной научно-технической конференции «Оптические тех-

нологии в телекоммуникациях» 2008 - 2010 г.г., III - IV Российском семинаре по волоконным лазерам 2009 - 2010 г., Международной конференции по лазерам, приложениям и технологии КХЖО/ЬАТ Казань 2010 г. Материалы диссертации использовались в проекте «Распределенный волоконно-оптический датчик физических полей», получивший награду на конкурсе «50 лучших инновационных идей для РТ» в 2010г. в номинации «Старт инноваций».

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 20 работ, в том числе три статьи в изданиях согласно Перечню ВАК, один патент на полезную модель, шесть статей в иностранных журналах и десять работ в трудах Международных и Всероссийских научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 134 наименования, и двух приложений. Работа без приложений изложена на 141 странице машинописного текста, включая 40 рисунков и 6 таблиц.

Основные положения, представляемые к защите.

1. Результаты сравнительного анализа ФФМС, построенных на основе модуляционных и немодуляционных методов; рекомендации по выбору путей улучшения динамических, статических и конструктивных характеристик фильтров, основанных на модуляционных методах формирования их коэффициентов, реализуемых с помощью электрооптического преобразования одно-частотного лазерного излучения в многочастотное.

2. Результаты исследования и сопоставительного анализа методов модуляционного преобразования и соответствующих им выходных сигналов ЭОММЦ различных типов по напряженности электрического поля с позиций формирования требуемого числа и знака коэффициентов. Оценка спектральной структуры коэффициентов фильтра и определение соответствующих им синтезируемых АЧХ ФФМС. Метод получения отрицательных коэффициентов, достигаемый модуляционным преобразованием одночастотного лазерного излучения в нулевой и максимальной рабочей точке амплитудного ЭОММЦ; рекомендации по использованию однопортового амплитудного ЭОММЦ для улучшения динамических, а на их основе статических и конструктивных характеристик ФФМС.

3. Результаты исследования статических характеристик ФФМС, построенных на основе одночастотного лазера и однопортового амплитудного ЭОММЦ, с позиций анализа и численной оценки искажений структурного состава коэффициентов фильтра и формируемых АЧХ, вызванных отклонениями параметров модуляции от оптимальных. Метод и структурные схемы блоков повышения стабильности амплитудных и частотных характеристик формируемых коэффициентов, обеспечивающих улучшение статических характеристик ФФМС в целом.

4. Результаты проектирования, создания, экспериментальных исследований и внедрения ФФМС на основе одночастотного лазера и амплитудного ЭОММЦ с улучшенными динамическими, статическими и конструктивными характеристиками.

2 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена общая характеристика диссертационной работы: актуальность, цель, задачи исследований, научная новизна и практическая значимость, методы исследований, достоверность, реализация и внедрение полученных результатов, апробация и публикации, основные защищаемые положения. Приведены структура и краткое содержание диссертации.

В первой главе рассмотрены основные характеристики ФФМС и причины, ограничивающие возможности селективных устройств указанного класса. Проанализировано современное состояние работ по созданию методов и средств обеспечения необходимого числа коэффициентов фильтра, их знака и значения для реализации требуемой частотной характеристики. В главе приведены результаты сравнительного анализа ФФМС по виду реализуемых частотных характеристик и возможности перестройки, особенностям реализации, стабильности параметров.

Анализ основных характеристик ФФМС показал, что для расширения их функциональных возможностей необходимо решение проблем, вызванных ограничением по виду реализуемых частотных характеристик. Ограничение обусловлено тем, что когда обработке подвергаются положительные коэффициенты - составляющие интенсивности оптического сигнала, модулированные радиочастотой, то реализуются фильтры с передаточными характеристиками фильтров низких частот. Недостаток заключается в невозможности реализации полосовых и высокочастотных фильтров, для синтеза которых является необходимым получение и обработка отрицательных коэффициентов - оптических компонент с начальной фазой п. Другое ограничение на виды реализуемых частотных характеристик накладывает обеспечение необходимого числа коэффициентов. На преодоление указанных ограничений направлено применение модуляционных методов получения компонент оптических излучений с противоположной фазой. Однако, решение этих проблем на основе модуляционных методов не всегда позволяет реализовать ФФМС с требуемыми динамическими, статическими и конструктивными характеристиками, но имеет дальнейшую перспективу развития.

Критическое рассмотрение сложившегося положения, показало, что использование указанного типа ФФМС во многом осложняется ограниченными возможностями существующих методов и средств модуляционного преобразования частоты. Данный вывод явился следствием нескольких взаимосвязанных причин.

Первая причина, обусловленная особенностями формирования динамических характеристик ФФМС, заключается в применении либо многоступенчатых, либо многокаскадных процедур модуляционного преобразования с целью получения отрицательных коэффициентов фильтров.

Вторая причина, обусловленная особенностями формирования статических характеристик ФФМС, определяется полным отсутствием информации о стабильности коэффициентов фильтра при отклонении параметров модуляци-

онного преобразования от оптимальных. В большинстве работ демонстрируются лишь факт создания того или иного типа фильтров, но не поведение их характеристик в процессе работы.

Третья причина, обусловленная особенностями конструктивных характеристик ФФМС, может быть сформулирована следующим образом. При реально достижимых высоких показателях по динамическим и статическим характеристикам ФФМС достигается и конструктивная простота их синтеза, заключающаяся в использовании, например, лишь одного модулятора. Однако, специальный характер структуры данного модулятора, его единичное изготовление и высокая стоимость сводят на нет преимущества по другим характеристикам.

Резюмируя сказанное выше, анализ возможных путей решения этих проблем может опираться на преимущества модуляционных методов с учетом опыта их применения в устройствах и приборах других классов, например, генераторах гребенчатых спектров, системах удаленного гетеродинирования базовых станций, тем более что указанные разработки широко применяются в смежной технологии И-ОР-сетей. Кроме того, следует обратить внимание на применение модуляционных методов в кристаллических модуляторах и особенностях формирования их выходных сигналов в различных рабочих точках особенно при реализации амплитудно-фазовых типов модуляции1.

Таким образом, в результате исследований, проведенных в первой главе, определены пути улучшения динамических, статических и конструктивных характеристик ФФМС, основанные на модуляционных методах формирования коэффициентов фильтра, реализуемых с помощью электрооптического преобразования одночастотного лазерного излучения в многочастотное. Сформулированы цель диссертационной работы и перечень основных задач, решение которых необходимо для достижения поставленной цели.

Во второй главе с позиций формирования требуемого числа и знака коэффициентов ФФМС проведены исследования выходных сигналов ЭОММЦ в различных рабочих точках модуляционной характеристики по напряженности электрического поля; дано обоснование необходимости использования амплитудного (А) ЭОММЦ для улучшения динамических, а на их основе статических и конструктивных характеристик ФФМС.

Для сравнения были выбраны ЭОММЦ фазового типа, а также одно- и двухпортовые амплитудного. Проанализированы возможные синтезируемые АЧХ фильтров, коэффициенты которых формируются данными устройствами при различных параметрах модулирующего сигнала.

Впервые показано, что при работе АЭОММЦ в нулевой рабочей точке синтезируется двухчастотный сигнал, состоящий из противофазных составляющих, что говорит о синтезе отрицательного коэффициента. Анализ выражения (1), описывающего выходной сигнал АЭОММЦ в нулевой рабочей точке,

1 А 1338647 SU 4 C02F 1/03. Способ преобразования одночастотного когерентного излучения в двух частотное / Ильин Г.И., Морозов О.Г. (Казан, авиац. ин-т им. А Н. Туполева). №3578456/31-25; Заявл 13.04.83, Опубл. 20.04.2004.

показывает, что при увеличении глубины модуляции Ь возможно получение большего числа коэффициентов:

- У(2л-

Е (0 = шх

.. . О jcot

*

00 2 I

л = 1

2л-1

/'(2 л -I)© I Рч

е ' - е

2/

-1)<у г

рч -]

(1)

Рис. 2.Точечная линия - Ь=0,49 соответствует ФФМС (-1,1); сплошная - Ь=3 (-1,-1,1,1); штриховая - Ь=5,3 (-0,88 , -0,88, 1, -1, 0,88, 0,88)

где Е0 - амплитуда электрического поля входного немодулированного оптического сигнала, ш - постоянная циклическая частота немодулированного оптического сигнала, b - коэффициент модуляции, а>рч - постоянная циклическая частота модулирующего радиочастотного сигнала.

Полосы спектральных составляющих расположены симмет- «.»-рично относительно подавленной несущей, сами составляющие находятся на частотах а>=а>о ± парк, где м=1,3,5... Четные составляющие подавлены. Начальные фазы составляющих нижней полосы отличны на я от начальной фазы составляющих верхней полосы, что говорит о формировании отрицательных коэффициентов.

Зависимость АЧХ фильтров, коэффициенты которых формируются в указанном выше режиме работы АЭОММЦ, от глубины модуляции Ь, показана на рис.2.

Также впервые показана возможность формирования отрицательных коэффициентов,' когда рабочая точка задается в максимуме модуляционной характеристики.

Спектр выходного колебания состоит из несущего колебания, а также верхней и нижней полосы с составляющими на частотах т= с»о ± позрч, где и=0,2,4,6,... Составляющие одного порядка п имеют равные начальные фазы, но противоположные по отношению к соседним составляющим, что подтверждается следующим выражением:

Рис. 3. Сплошная линия - Ь=1,3 соответствует ФФМС (-1,1,-1); точечная - ¿=3,6 (0,53, -1, -0,93, -1.0,53); штриховая - 6=6,6 (-1 , 0,69,0,93,0,88,0,93,0,69,-1)

еых J2

JAb)+2 z (-1 fJ2 m-

л = 1

j{2n)a t рч

Г-]

(2)

Анализ (2) показывает, что разнос составляющих спектра равен удвоенной модулирующей частоте, нечетные составляющие подавлены. ФФМС, коэффициенты которого формируются в указанном режиме работы АЭОММЦ, при различных Ь характеризуются АЧХ, показанными на рис.3.

ФФМС, коэффициенты которого формируются с помощью фазового модуляционного преобразования частоты, позволяют реализовать ограниченное разнообразие АЧХ, представленное на рис.4.

АЧХ фильтров, реализованные на двухпортовом АЭОММЦ, близки характеристикам, полученным для фильтра на однопортовом АЭОММЦ, однако при этом необходимо выполнение дополнительных условий, а именно, обеспечение согласования фаз модулирующих сигналов, а также переключение разности прилагаемых напряжений смешения нулю и полуволновому при переконфигурации ФФМС.

Анализ полученных результатов говорит о преимуществах применения однопортового АЭОММЦ в формировании требуемого числа и знака коэффициентов фильтра. Данное преимущество заключаются в реализуемых фильтром высоких динамических характеристиках, обусловленных возможностью изменять конфигурацию путем переключения положения рабочей точки и изменения глубины модуляции, и конструктивных - показано решение комплексной задачи формирования коэффициентов и их знаков, в том числе отрицательных, с помощью единого устройства при изменении параметров одного управляющего сигнала.

Полученные соотношения также позволяют качественно и количествено оценить искажения АЧХ, вызванные отклонениями параметров модуляционного преобразования от оптимальных, для определения статических характеристик фильтра, которые рассмотрены в третьей главе.

■ В начале главы проведено моделирование передаточной характеристики ФФМС с коэффициентами (-1; 1) на основе одночастотного источника излучения и однопортового АЭОММЦ со смещением в «нулевой» рабочей точке. В результате получено выражение коэффициента передачи ФФМС (3):

K(ö>)=sm[^£to f2] = sin[—Q] = sin?/ Т, ГЗч

рч 03 о рч рЧ

где D - дисперсия оптического волокна [пс/нм/км], г - расстояние [км], Х0 -центральная длина волны [нм], то — циклическая частота, соответствующая центральной длине волны [рад/с], Ü - частотный интервал между оптическими коэффициентами ФФМС [рад/с], а>рч - циклическая частота сигнала в канале фильтрации [рад/с], Т - задержка, вводимая дисперсионным устройством [с]. Данные результаты были подтверждены путем виртуального моделирования ФФМС в среде Optisystem™ 7.0.

Рис. 4. Сплошная толстая линия - Ь=0,34 соответствует ФФМС (-1,1,1); точечная - Ь=1,43 (-0,48,-1, 1, 1, 0,48); штриховая - Ь=2,4 (-0,38, -0,83, -1,0, 1,0,83,0,38V, тонкая сплошная -6=3,8 (-0,6, -1, -0,95, 0, -0,95, 0, 0,95, 1,0,6)

0

--1

-8

12

16

>0

О 3.„< о.б

16 20 23

На базе данной характеристики и полученных во второй главе соотношений впервые исследованы искажения АЧХ ФФМС, вызванные отклонениями параметров модуляционного электрооптического преобразования одночастот-ного лазерного излучения в АЭОММЦ от оптимальных. Анализ зависимости полосы пропускания фильтра А/ и ослабления в полосе задержки Q от нестабильности амплитуды модулирующего напряжения проводился в отношении рассчитываемого коэффициента нелинейных искажений Кни\

КнИ = Ш1П) + (Е}/2) + -)Л£02 + Щ/2)). (4)

Показано уменьшение полосы пропускания и ухудшение вносимого затухания в полосе задержки в допустимом диапазоне Кни 0,28 ГГц и 1,15 дБ на единицу Кни соответственно.

Следующие результаты были получены при исследовании влияния на характеристики ФФМС стабильности положения рабочей точки на модуляционной ■характеристике.

Рассматривался случай смещения рабочей точки в положительную и отрицательную области. Анализ проводился также из расчета на единицу К„и-

При положительном смещении рабочей точки наблюдается сдвиг центральной частоты /п канала пропускания в высокочастотную область и составляет 30 МГц, уменьшение полосы пропускания А/ составляет 67 МГц. В нижней полосе задержки фильтра происходит усиление паразитного канала пропускания на 1,21 дБ, а в верхней полосе наблюдается значительное подавление. Частотная характеристика в высокочастотной области полосы пропускания становится пологой, завал АЧХ составляет 0,02 дБ на единицу Кни, а в НЧ области становится более крутой и равна 0,07 дБ на единицу Кт (рис.5).

При отрицательном смещении рабочей точки сдвиг центральной частоты канала пропускания равен 33 МГц. Сужение полосы пропускания А/ составляет 60 МГц. В нижней полосе

задержки фильтра происходит улучшение подавления паразитного канала про-

10 13 1 ГГц

Рис. 5. Частотные характеристики ФФМС: сплошная линия - при оптимальном положении рабочей точки, точечная линия - при смещениии на +10 град

~1ГТб""20'

£ ГГц

Рис. 6. Частотные характеристики ФФМС: сплошная линия - при оптимальном положении рабочей точки, точечная линия - при смещениии на -10 град

пускания на 4,6 дБ, а в верхней полосе наблюдается ухудшение на 2,2 дБ на ед. Кт (рис.6). Деградация вида частотной характеристики в области основной полосы пропускания зеркальна случаю положительного смещения рабочей точки. Влияние нестабильности частоты модулирующего сигнала, составляющая величину до единиц процентов, приводит к отклонению от оптимального значения центральной частоты канала пропускания fo и полосы пропускания Af на ту же величину с тем же знаком.

Исследования статических характеристик ФФМС указали на возможные пути их улучшения, заключающиеся в реализации способов контроля спектральных характеристик фильтра, стабильность которых в большей степени определяется стабильностью положения рабочей точки на модуляционной характеристике. Методы и средства стабилизации положения рабочей точки представлены в четвертой главе диссертации.

Четвертая глава посвящена проектированию и созданию с использованием разработанных выше методов ФФМС на основе одночастотного лазера и амплитудного ЭОММЦ с позиций улучшения конструктивных характеристик фильтров указанного класса, а также экспериментальному исследованию динамических, статических и конструктивных характеристик разработанных ФФМС.

Экспериментальная установка содержала однопортовый АЭОММЦ M3M-X-010-03, источник оптического излучения EXFO FLS-2600, фотоприемное устройство (ФПУ) FDI, осциллограф LeCroy WaveAce 101, генератор сигналов Г4-158А. Контролировалась частота сигнала на выходе ФПУ при приеме излучения на длине волны 1550 нм, прошедшего через модулятор, на который подавалось напряжение смещения и модулирующее напряжение частотой 100 МГц с генератора Г4-158А. Было зарегистрировано удвоение частоты модулирующего напряжения при постоянном смещении модулятора, равном полуволновому. При положении рабочей точки на линейном участке на выходе ФПУ наблюдался сигнал частоты генератора. Результат этого экспериментального исследования подтвердил возможность использования амплитудного модулятора в качестве устройства преобразования одночастотного излучения в двухчастотное.

Способ синтеза полосового и ВЧ-фильтров, основанный на использовании АЭОММЦ со смещением в нулевой и максимальной рабочей точке, был впервые экспериментально апробирован в лаборатории ОАО ПНППК (г. Пермь). ФФМС был реализован на установке, состоящей из канала формирования коэффициентов (КФК) и канала фильтрации микроволнового сигнала (КФМС). КФК содержал источник лазерного излучения EXFO FLS-2600 и широкополосный модулятор JDSU-10 со смещением в нулевой, а затем максимальной рабочей точке. На модулятор подавалось управляющее напряжение сначала с частотой 5 ГГц, а затем 10 ГГц от высокочастотного генератора SMR-20 для каждого из положений рабочей точки. Подавление несущей и удвоение частоты разноса коэффициентов ФФМС до f=10 ГГц и f=20 ГГц соответственно фиксировалось с помощью платформы EXFO FTB-500 с модулем анализатора

спектра РТВ-5240. Выходное волокно КФК было подключено ко входу КФМС, состоящего из второго модулятора ЮБи-Ю и волоконной решетки Брэгга с дисперсией 0=1100 пс/нм. На модулятор КФМС со смещением на линейном участке модуляционной характеристики подавалось управляющее напряжение от второго генератора 8МЯ-20.

Частотные характеристики ФФМС регистрировались на анализаторе спеюра радиочастот БЭР-ЗО, для чего частота управляющего напряжения второго генератора 8МЯ-20 изменялась от 10 МГц до 20 ГГц при постоянной амплитуде. Полученные характеристики для случая «нулевой» рабочей точки представлены на рис. 7, а для случая максимальной - на рис.8. Для случая «нулевой» рабочей точки и спек-

Т- Т" ™" 'г......10. п м

тральном разносе оптических коэффициентов 20 ГГц максимум характеристики находится на частоте 2,96 ГГц, провалы - на нулевой частоте и 6,1 ГГЦ. При уменьшении спектрального разноса до 10 ГГц наблюдался сдвиг резонанса с частоты 2,96 на частоту 6,2 ГГц и провала АЧХ с 6,1 на 12,1 ГГц. Для случая максимальной рабочей точки и спектральном разносе оптических коэффициентов 20 ГГц максимум характеристики находится на частоте 3 ГГц, ширина полосы пропускания составляет 2,56 ГГц.

При уменьшении спектрального разноса до 10 ГГц наблюдался сдвиг центральной частоты до значения 5,8 ГГц и увеличение полосы пропускания до 5,1 ГГц. Значения частот провалов и ре-зонансов близки к расчетным. Вблизи границы полосы пропускания фотоприемника погрешность не превышает 3,9%. Расхождение объясняется различными дисперсионными и поляризационными свойствами волоконной ре-

-¡О 5

■11 +

Рис. 7. Экспериментальные частотные характеристики ФФМС: при частотном разносе коэффищг-ентов/=10 ГГц (ромбовидные маркеры) и при частотном разносе коэффициентов /=20 ГГц (квадратные маркеры) с модуляцией АЭОММЦ в нулевой рабочей точке

' ............ 1. ГГЦ ........

г ■ ¿••'"-.М .'■•"• Т"' - .»5 II) .......12

Г •»"

-15'

Рис. 8. Экспериментальные частотные характеристики ФФМС: при частотном разносе коэффициентов/^ ГГц (ромбовидные маркеры) и при частотном разносе коэффициентов/=20 ГТц (круглые маркеры) с модуляцией АЭОММЦ в максимальной рабочей точки

шетки Брэгга и выходного волокна модулятора канала фильтрации, а также наличием в выходном спектре АЭОММЦ паразитных гармоник.

Экспериментально показано изменение центральной длины волны канала пропускания фильтра путем изменения частоты модулирующего сигнала в КФК. Показано, что переконфигурация фильтра может быть осуществлена переключением положения рабочей точки на модуляционной характеристике. Результаты экспериментального исследования позволяют с уверенностью говорить о возможности реализации предложенных подходов в формировании коэффициентов фильтра и реализации модуляционных методов в синтезе ФФМС с высокими динамическими и статическими характеристиками. При сравнении данного ФФМС с другими разработками, реализующими модуляционные методы синтеза коэффициентов, можно уверенно говорить о преимуществе в динамических характеристиках: показан синтез полосового и ВЧ- фильтров, тогда как аналоги реализуют лишь АЧХ ФНЧ.

Совокупность результатов проведенных в третьей главе исследований говорит о необходимости осуществления контроля положения рабочей точки в целях повышения статических характеристик разработанного ФФМС. Было предложено стабилизировать положение рабочей точки следующими способами. Способ, реализованный в КФК, заключается в регистрации сигнала на частоте модулирующего сигнала, при его наличии делается вывод о смещении рабочей точки из начального нулевого или максимального положения. Способ, реализованный в КФМС, заключается в анализе разности фаз биений двух двухчастотных сигналов, один из которых является опорным, а другой прошел через ФФМС, и определении его коэффициента модуляции. Разработанные структурные схемы блоков стабилизации, реализующие указанные методы, были реализованы в экспериментальной установке.

В заключении главы были рассмотрены вопросы применения многочастотных излучений, полученных с помощью одночастотного лазерного источника и АЭОММЦ, в смежной области - передаче микроволновых сигналов по во-локону (ЯОР-сети): гетеродинирование несущих, осуществление компенсации помех четырехволнового смешения, детектирование нелинейных эффектов рассеяния, формирование подсистем распределенного мониторинга.

3 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Совокупность результатов проведенных научных исследований можно квалифицировать как решение актуальной научно-технической задачи улучшения динамических, статических и конструктивных характеристик ФФМС, основанного на использования модуляционного преобразования одночастотного лазерного излучения в многочастотное, реализуемого в АЭОММЦ.

Основные выводы по работе можно сформулировать в виде следующих положений:

1. На основе систематизации и анализа модуляционных и немодуляционных методов синтеза ФФМС определены возможные пути улучшения их дина-

мических, статических и конструктивных характеристик. Показано, что дальнейшее развитие ФФМС может быть основано на использовании модуляционных методов формирования требуемого числа и знака коэффициентов фильтров, с помощью источника одночастотного лазерного излучения и преобразования последнего в многочастотное с помощью внешнего ЭОММЦ.

2. С указанных позиций проведены исследования методов модуляционного преобразования и соответствующих им выходных сигналов ЭОММЦ в различных рабочих точках модуляционной характеристики по напряженности электрического поля. Для сравнения были выбраны фазовые ЭОММЦ, а также одно- и двухпортовые амплитудные. Получены соотношения, позволяющие качественно и количественно оценить спектральную структуру коэффициентов фильтров и определить соответствующие им синтезируемые АЧХ ФФМС. Впервые показано получение отрицательных коэффициентов, достигаемое модуляционным преобразованием одночастотного лазерного излучения в нулевой и максимальной рабочей точке АЭОММЦ, что принципиально необходимо для синтеза полосовых фильтров и фильтров высоких частот. Дано обоснование применения однопортового АЭОММЦ для максимально качественного улучшения динамических характеристик ФФМС, заключающегося в возможности изменения его конфигураций от НЧ к ВЧ и полосовому с изменением полосы пропускания, центральной частоты, вносимого затухания в полосе задержки, достигаемое, в отличие от существующих разработок, за счет изменения параметров только одного управляющего сигнала.

3. На основании полученных соотношений с позиций анализа и численной оценки искажений структурного состава коэффициентов фильтра и формируемых АЧХ, вызванных отклонениями параметров модуляции от оптимальных, впервые исследованы статические характеристики ФФМС, построенных на основе одночастотного лазера и однопортового АЭОММЦ,. В качестве искажающих факторов рассматривались нестабильности мощности и длины волны лазерного источника, положения рабочей точки модулятора, напряжения и частоты модулирующего сигнала. В сравнении с ФФМС на основе группы источников опорного излучения показан выигрыш в 2-3 раза по стабильности полосы пропускания фильтра, определяемой нестабильностью длины волны лазера. Результаты исследований по другим дестабилизирующим факторам могут быть использованы для модернизации существующих ФФМС и разработки новых. В частности, показано, что статические характеристики ФФМС, использующих ЭОММЦ, в большей степени определяются нестабильностью положения рабочей точки модулятора. Предложены методы стабилизации параметров преобразования частоты и структурные схемы блоков, обеспечивающие улучшение статических характеристик фильтра на основе мониторинга положения рабочей точки ЭОММЦ. Новизна и полезность данного подхода подтверждена патентом на полезную модель.

4. На базе полученных результатов разработаны ФФМС на основе одночастотного лазера и АЭОММЦ, которые характеризуется обеспечением высоких динамических, статических и конструктивных характеристик, что подтвер-

ждено результатами их экспериментальных исследований. Разработанные ФФМС с использованием блока слежения за положением рабочей точки модулятора позволяют синтезировать АЧХ фильтров низких и высоких частот, а также полосовых фильтров с диапазоном перестройки центральной частоты, полосы пропускания, ослабления в полосе задержки, определяемых параметрами модулирующего сигнала. Показаны перспективные области приложения разработанных модуляционных методов преобразования частоты в различных радиотехнических, метрологических и телекоммуникационных задачах.

5. Результаты диссертационной работы внедрены на ряде предприятий в виде опытных образцов ФФМС, данных теоретических и экспериментальных исследований, методик проектирования и расчета и учебно-методических материалов.

4 СПИСОК РАБОТ,

ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Айбатов Д.Л. Преобразование спектра оптического излучения в двухканальном модуляторе Маха-Цендера и ROF-фильтр на его основе / Д.Л. Айбатов, О.Г. Морозов, Т.С. Садеев // Нелинейный мир. - 2010. - Т.8. -№5. — С.302-309.

2. Морозов О.Г. Синтез двухчастотного излучения и его применение в волоконно-оптических системах распределенных и мультиплексированных измерений / О.Г. Морозов, Д.Л. Айбатов, Т.С. Садеев // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2010. - Т.13, №3. - С. 84-91.

3. Садеев Т.С. Спектральные характеристики фотонных фильтров микроволновых сигналов на основе амплитудных электрооптических модуляторов / Т.С. Садеев, О.Г. Морозов // Вестник МарГТУ. Серия радиотехнические и ин-фокоммуникационные системы. - 2010. - Т. 10 - №3. - С.22 - 30.

' Публикации в иностранных изданиях:

4. Morozov O.G. Double mode system for FWM reducing / O.G. Morozov, T. S. Sadeev, O. G. Natanson, A. S. Smirnov, A. A. Talipov // Optical Technologies for Telecommunications. - Proc. SPIE V.7026. - 2007. - Ufa. - P. 702603 - 1 -702603-6.

5. Morozov O.G. All-optical microwave filter for ROF WDM systems based on double-mode method / O.G. Morozov, T. S. Sadeev, A. A. Talipov // Optical Technologies for Telecommunications. - Proc. SPIE V.7374. - 2008. - Kazan. - P. 73740Al- 73749Al.

6. Morozov O.G. Bandwidth expansion approach for DWDM deployment in О - band / O.G. Morozov, T. S. Sadeev, A. A. Talipov // Optical Technologies for Telecommunications. - Proc. SPIE V.7374. - 2008. - Kazan. - P. 737403 - 1 -737403 -6.

7. Morozov O.G. Analysis of optical communication systems simulation software for educational purposes / O.G. Morozov, T. S. Sadeev, G.G. Khusainova //

Optical Technologies for Telecommunications. - Proc. SPIE V.7523. - 2009. -Samara. - P. 752302 - 1 - 752302 - 7.

8. Morozov O.G. All-optical microwave photonic filter based on two-frequency optical source/ O.G. Morozov, T. S. Sadeev // Optical Techrw-togies for Telecommunications. - Proc. SPIE V.7992. - 2010. - Ufa. - P.799211 - 1-799211 - 7.

9. Aybatov D.L. Dual port MZM based optical comb generator for all-optical microwave photonic devices/ D.L. Aybatov, O.G. Morozov, T. S. Sadeev // Optical Technologies for Telecommunications. - Proc. SPIE V.7992. - 2010. - Ufa. -P. 799201 - 1 -799201 - 8.

Патент РФ на полезную модель:

10. Пат. 102256 Российская Федерация МПК G01K 11/32. Устройство для измерения параметров физических полей / Морозов О.Г., Садеев Т.С., Айбатов Д.Л., Степущенко О.А., Нургазизов М.Р.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ПГУТИ. №2010137130/28; заявл. 06.09.2010 ; опубл. 20.02.2011, Бюл. №5.

Другие издания:

11. Морозов О.Г. Методы контроля нелинейных эффектов в оптических волокнах / О.Г. Морозов, Т.С. Садеев // Труды V Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». - 2006. - Самара. -С.276-277.

12. Морозов О.Г. Исследование характеристик колебания, используемого для подавления продуктов ЧВС / О.Г. Морозов, Т.С. Садеев // Труды VI Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». - 2007. - Казань. - С.291-292.

13. Морозов О.Г. Двухчастотиые лазерные излучатели для систем мониторинга нелинейных рассеяний ВОЛП / Т О.Г. Морозов, Д.Л. Айбатов, Т.С. Садеев // Труды VI Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». - 2007. - Казань. - С.276-277.

14. Морозов О.Г. Двухчастотный детектор рамановского и бриллюэновского рассеяния / О.Г. Морозов, Д.Л. Айбатов, Т.С. Садеев II Труды VI Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». - 2007. - Казань. - С.299-301.

15. Садеев Т.С. Влияние дисперсии волокна на фазы компонент многочастотных сигналов в микроволновых полосовых фильтрах / Т.С. Садеев, О.Г. Морозов // Тезисы докладов Всероссийской (с международным участием) молодежной научной конференции «XVII Туполевские чтения». - Т. IV. - 2009. - Казань. - С.488-490.

16. Садеев Т.С. Исследование возможности применения двухчастотного излучателя в задачах измерения хроматической дисперсии волокна / Т.С. Садеев, О.Г. Морозов // Тезисы докладов Всероссийской (с международным участием) молодежной научной конференции «XVII Туполевские чтения». - Т. IV. - 2009. - Казань. - С.476-477.

17. Морозов О.Г. Исследование влияния оптического сигнала на передаточную функции полностью оптического фильтра мм-диапазона / О.Г. Моро-

зов, Т.С. Садеев // Труды VIII Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». - 2009. - Санкг - Петербург. - С.259.

18. Морозов О.Г. Двухчастотные методы анализа и синтеза полностью оптических фильтров для измерительных ROF систем миллиметрового диапазона/ О.Г. Морозов, Т.С. Садеев, В.П. Просвирин, A.C. Смирнов, A.A. Талипов // Сборник трудов «III Российского семинара по волоконным лазерам». — 2009. -Уфа.-С.126-127.

19. Морозов О.Г. Формирования передаточной характеристики полностью оптического фильтра мм-диапазона на основе многочастотного источника излучения / О.Г. Морозов, Т.С. Садеев // Труды IX Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». - 2010. -Челябинск.-С. 132-133.

20. Морозов О.Г. Дисперсия в вопросах синтеза и анализа систем мониторинга BOJIC/ О.Г. Морозов, Т.С. Садеев, В.П. Просвирин, A.C. Смирнов, A.A. Талипов // Сборник трудов «IV Российского семинара по волоконным лазерам». - 2010. - Ульяновск. - С.100-101.

Подписано к печати 14.03.11 г. Формат 60x841/16. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Гарнитура "Тайме". Усл. печ.л. 1,6. Уч.-изд.л. 1,25. Тираж 100. Заказ 03/05. Издательство ЗАО «Новое знание». 420029. г.Казань, ул.Сибирский тракт, д.34, корп. 10, офис 6.

Отпечатано с готового оригинал-макета на полиграфическом участке ЗАО «Новое знание». 420029, г.Казань, ул.Сибирский тракт, д.34, корп. 10, офис 6.

Введение.

Глава 1. Фотонный фильтр микроволновых сигналов как элемент класса цифровых фильтров.

1.1 Фотонный фильтр микроволновых сигналов и его место в общей теории фильтров.

1.2 Структура и классификация ФФМС.

1.3 Основные характеристики ФФМС.

1.3.1 Методы и средства улучшения основных характеристик ФФМС.

1.3.2 Анализ уровня развития методов получения отрицательных компонент.

1.3.3 Анализ уровня развития методов получения требуемого числа оптических компонент.

1.4 Анализ уровня использования модуляционных методов.

1.5 Выводы по главе. Постановка задач исследования.

Глава 2. Исследование и анализ электрооптических устройств реализации модуляционных методов.

2.1 Устройство формирования многочастотного излучения на основе однопортового модулятора Маха-Цандера.

2.2 Устройство формирования многочастотного излучения на основе двухпортового модулятора Маха-Цандера.

2.3 Устройство формирования многочастотного излучения на основе электрооптического фазового модулятора.

2.4 Выводы по главе.

Глава 3. Исследование спектральных характеристик ФФМС при отклонении параметров преобразования частоты от оптимальных.

3.1 Теоретическое исследование ФФМС.

3.2 Моделирование ФФМС в виртуальной среде разработки.

3.2.1 Блок-схема экспериментальной установки.

3.2.2 Построение ФФМС и выбор виртуальной элементной базы.

3.3 Исследование влияния нестабильности коэффициента модуляции на характеристики ФФМС.

3.4 Исследование влияния на характеристики ФФМС нестабильности положения рабочей точки.

3.4.1 Исследование влияния на характеристики ФФМС положительного смещения рабочей точки модулятора.

3.4.2 Исследование влияния на характеристики ФФМС отрицательного смещения рабочей точки модулятора.

3.4.3 Выводы по разделу.

3.5 Методы контроля и компенсации отклонений от оптимальных параметров модуляции в канале формирования коэффициентов.

3.6 Выводы по главе.

Глава 4. Экспериментальное исследование ФФМС на основе амплитудного ЭОММЦ и одночастотного лазера.

4.1 Экспериментальное исследование устройства формирования коэффициентов.

4.2 Экспериментальные исследования частотной характеристики ФФМС на основе ЭОММЦ при работе в нулевой рабочей точке.

4.3 Обзор перспективных направлений исследований применения модуляционных методов в смежных областях.

4.3.1 Двухчастотное зондирование ВРБ.

4.4.2 Система мультиплексированных однотипных ВРБ-датчиков.

4.4.3 Двухчастотный рефлектометр бриллюэновского рассеяния.

4.4.4 Двухчастотный источник излучения в структуре ROF-сети.

4.4.5 Двухчастотный источник излучения в задачах компенсации нелинейных эффектов OB.

4.6 Выводы по главе.

Актуальность темы. Современные методы и алгоритмы обработки микроволновых сигналов в оптическом диапазоне длин волн применяются в различных радиотехнических системах приема, передачи и обработки информации, радиолокации, формирования диаграммы направленности фазированных антенных решеток, генерации сигналов опорной частоты и их передачи по оптическому волокну, преобразования частоты и др., а также в телекоммуникационных системах типа ROF (от англ. - Radio Over Fiber) и широкополосного доступа (IEEE 802.16, УМТС и др.).

Задача обеспечения требуемых характеристик фильтрации сигналов микроволнового диапазона в данных системах решается путем использования фотонных (полностью оптических) фильтров. Под фотонными фильтрами микроволновых сигналов (ФФМС) понимается система, подобная по структуре и принципу действия традиционному цифровому фильтру, но обрабатывающая микроволновые сигналы в оптическом диапазоне. Вариант такого фильтра представлен на рис. В.1 ,а. Основными его узлами являются источники опорного излучения ЛД на длинах волн XrXN, формирующие коэффициенты, из которых синтезируется фильтр, ЭОМ, который в данном случае выполняет функцию информационной микроволновой модуляции полученных коэффициентов, а в общем случае может быть использован при их формировании (см. рис. В. 1,6), а также ДУ, создающее временную задержку Т для каждого из N коэффициентов. В итоге формируется АЧХ фильтра, подобная показанной на рис. В.1,е.

Системная функция ФФМС с конечным числом коэффициентов фильтра определяется как яоо = I i'=oа:2 , где а( — коэффициенты, (модулированные частоты оптического диапазона); z=exp(jcoT), Т — временная задержка, вносимая ДУ, зависящая от длины волны каждого коэффициента (частоты оптического сигнала). лд?.,

ИСМ1 лд ?.1 разом 1

-СО

ЛДХ, [-ДО

ШЕИ^ ¡ЖНИ22Г

ЭОМ2 о) '•1

2Т ат жь-Ити

ФД

ДУ"

1/Т к

11СМ2 а)

Рис.В.1. ФФМС. ЛД - лазерный диод. Г — генератор микроволновых сигналов. Т — временная задержка, щ — весовой коэффициент, ЭОМ-электрооптический модулятор, ФД - фотодиод, ДУ - дисперсионное устройство, ИСМ-источник смещения рабочей точки Кроме варианта, приведенного выше, существует широкий спектр

ФФМС, реализованных на широкополосных источниках излучения, перестраиваемых решетках Брэгга, полупроводниковых усилителях, модуляционных электрооптических преобразователях и т.д. Модуляционные методы формирования коэффициентов фильтров, выделенные нами как наиболее перспективные, являются объектом исследования настоящей диссертации.

Для ФФМС основными являются динамические, статические и конструктивные характеристики. Под динамическими характеристиками понимается возможность перестраивать селективные параметры устройства (ширина полосы пропускания, центральная частота, ослабление в канале задержки) и возможность принципиально изменять его конфигурацию, т.е. вид частотной характеристики, например, от полосового к НЧ - или ВЧ -фильтру. Под статическими — понимается стабильность характериртик фильтра при изменении амплитудных, фазовых и частотных соотношений его коэффициентов, вызванных отклонениями параметров их формирования от оптимальных. Конструктивные характеристики определяют возможность реализации миниатюрных ФФМС, в т.ч. для бортовых радиотехнических систем, и создание полностью оптических сетей обработки микроволновых сигналов.

Необходимо отметить, что синтезом ФФМС занимаются многие коллективы специалистов, как в России, так и за рубежом. Значительный объем информации по проблеме модуляционных методов преобразования частоты содержится в трудах Гуляева Ю.В., Застрогина Ю.Ф., Гринева А.Ю., Тычинского В.П., Польского Ю.Е., Ильина Г.И., Морозова О.Г. и др. Вопросу применения модуляции в задаче получения требуемого числа оптических коэффициентов фильтра посвящена работа Ю. Вана. Вопросу реализации коэффициентов фильтров различного знака посвящены работы Я. Яо, Д. Пастора, Ф. Женга, Р. Минасяна, С. Блэза, X. Капмани.

Анализ результатов, полученных при эксплуатации известных разработок ФФМС, показывает, что все они в той или иной степени не удовлетворяют требованиям по реализации указанных выше характеристик либо по возможности создания полосовых и ВЧ-фильтров, перестройки АЧХ, либо по её стабильности при отклонениях параметров модуляционного преобразования от оптимальных, либо по числу узлов и блоков, используемых при реализации ФФМС.

Это объясняется отсутствием решения широкого круга теоретических и практических вопросов, как для процессов формирования требуемого количества коэффициентов фильтра, так и их знака.

Одним из таких вопросов является поиск путей позволяющих реализацию частотных характеристик полосовых и ВЧ-фильтров. Для синтеза таких фильтров требуется формирование отрицательных коэффициентов. В представленной на рис. В.1 ,а системе отрицательные коэффициенты (см. рис. В. 1,6) обеспечиваются модуляцией излучения массива ЛД А/, Х3,. микроволновым сигналом на отрицательном склоне модуляционной характеристики ЭОМ, а положительные — на положительном склоне. Склон, на котором осуществляется модуляция, определяется положением рабочей точки, которое задается амплитудой напряжения 7 смещения от ИСМ. Число коэффициентов в данной системе определяется количеством ЛД. Следует также подчеркнуть, что большинство публикации, посвященных реализациям ФФМС, содержат решение лишь частных вопросов. Мало внимания уделено возможности изменения конфигураций фильтров, практически не исследуются их статические характеристики. Эти обстоятельства не позволяют сделать обоснованный выбор способа модуляционного преобразования частоты источника оптического излучения, который обеспечит требуемое число коэффициентов и их знак для реализации заданной АЧХ фильтра.

Отмеченные выше обстоятельства определяют актуальность разработки принципов построения ФФМС на основе модуляционного преобразования одночастотного лазерного излучения в электрооптических модуляторах, построенных на базе интерферометров Маха-Цендера (ЭОММЦ), как наиболее перспективного с позиций улучшения динамических, статических и конструктивных характеристик фильтров указанного класса.

Представляемая диссертационная работа посвящена решению поставленных вопросов. Тематика, постановка задач и содержание работы соответствуют планам научных исследований, являющихся составной частью Федеральной программы развития Национального исследовательского университета Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) и аналитической ведомственной целевой программы Минобрнауки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2011 годы)», выполняемых на кафедре Телевидения и мультимедийных систем и в НОЦ «Волоконно-оптические технологии» КГТУ-КАИ.

Цель работы состоит в решении важной научно-технической задачи улучшения динамических, статических и конструктивных характеристик фотонных фильтров микроволновых сигналов.

Решаемые задачи.

1. Анализ характеристик существующих и перспективных ФФМС; выявление резервов для улучшения их динамических, статических и конструктивных характеристик; определение на этой основе направлений дальнейших научных исследований.

2. Исследование и сопоставительный анализ методов модуляционного преобразования и соответствующих им выходных сигналов ЭОММЦ в различных рабочих точках их модуляционных характеристик по напряженности электрического поля с позиций формирования требуемого числа и знака коэффициентов ФФМС; обоснование необходимости использования амплитудного ЭОММЦ для улучшения динамических, а на их основе статических и конструктивных характеристик ФФМС.

3. Теоретическое исследование статических характеристик ФФМС, построенных на основе одночастотного лазера и амплитудного ЭОММЦ, с позиций анализа и численной оценки искажений структурного состава коэффициентов фильтра и формируемых АЧХ, вызванных отклонениями параметров модуляции от оптимальных; разработка методов и структурных схем блоков для повышения стабильности амплитудных и частотных характеристик формируемых коэффициентов и улучшения статических характеристик ФФМС в целом.

4. Проектирование и создание с использованием разработанных методов ФФМС на основе одночастотного лазера и амплитудного ЭОММЦ с позиций улучшения конструктивных характеристик фильтров указанного класса; экспериментальное исследование динамических, статических и конструктивных характеристик разработанных ФФМС; внедрение результатов работы для создания перспективных радиотехнических систем с обработкой микроволновых сигналов в оптическом диапазоне.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,

Основные выводы по работе можно сформулировать в виде следующих положений:

1. На основе систематизации и анализа модуляционных и немодуляционных методов синтеза ФФМС определены возможные пути улучшения их динамических, статических и конструктивных характеристик. Показано, что дальнейшее развитие ФФМС может быть основано на использовании модуляционных методов формирования требуемого числа и знака коэффициентов фильтров с помощью источника одночастотного лазерного излучения и преобразования последнего в многочастотное с помощью внешнего ЭОММЦ.

2. С указанных позиций проведены исследования методов модуляционного преобразования и соответствующих им выходных сигналов ЭОММЦ в различных рабочих точках модуляционной характеристики по напряженности электрического поля. Для сравнения были выбраны фазовые ЭОММЦ, а также одно- и двухпортовые амплитудные. Получены соотношения, позволяющие качественно и количественно оценить спектральную структуру коэффициентов фильтров и определить соответствующие им синтезируемые АЧХ ФФМС. Впервые показано получение отрицательных коэффициентов, достигаемое модуляционным преобразованием одночастотного лазерного излучения в нулевой и максимальной рабочей точке АЭОММЦ, что принципиально необходимо для синтеза полосовых фильтров и фильтров высоких частот. Дано обоснование применения однопортового АЭОММЦ для максимально качественного

125 улучшения динамических характеристик ФФМС, заключающегося в возможности изменения его конфигураций от НЧ к ВЧ и полосовому с изменением полосы пропускания, центральной частоты, вносимого затухания в полосе задержки, достигаемое, в отличие от существующих разработок, за счет изменения параметров только одного управляющего сигнала.

3. На основании полученных соотношений с позиций анализа и численной оценки искажений структурного состава коэффициентов фильтра и формируемых АЧХ, вызванных отклонениями параметров модуляции от оптимальных, впервые исследованы статические характеристики ФФМС, построенных на основе одночастотного лазера и однопортового АЭОММЦ. В качестве искажающих факторов рассматривались нестабильности мощности и длины волны лазерного источника, положения рабочей точки модулятора, напряжения и частоты модулирующего сигнала. В сравнении с ФФМС на основе группы источников опорного излучения показан выигрыш в 2-3 раза по стабильности полосы пропускания фильтра, определяемой нестабильностью длины волны лазера. Результаты исследований по другим дестабилизирующим факторам могут быть использованы для модернизации существующих ФФМС и разработки новых. В частности, показано, что статические характеристики ФФМС, использующих ЭОММЦ, в большей степени определяются нестабильностью положения рабочей точки модулятора. Предложены методы стабилизации параметров преобразования частоты и структурные схемы блоков, обеспечивающие улучшение статических характеристик фильтра на основе мониторинга положения рабочей точки ЭОММЦ. Новизна и полезность данного подхода подтверждена патентом на полезную модель.

4. На базе полученных результатов разработаны ФФМС на основе одночастотного лазера и АЭОММЦ, которые характеризуется обеспечением высоких динамических, статических и конструктивных характеристик, что подтверждено результатами их экспериментальных исследований. Разработанные ФФМС с использованием блока слежения за положением рабочей точки модулятора позволяют синтезировать АЧХ фильтров низких и высоких частот, а также полосовых фильтров с диапазоном перестройки центральной частоты, полосы пропускания, ослабления в полосе задержки, определяемых параметрами модулирующего сигнала. Показаны перспективные области приложения разработанных модуляционных методов преобразования частоты в различных радиотехнических, метрологических и телекоммуникационных задачах.

5. Результаты диссертационной работы внедрены на ряде предприятий в виде опытных образцов ФФМС, данных теоретических и экспериментальных исследований, методик проектирования и расчета и учебно-методических материалов.

Заключение

Совокупность результатов проведенных научных исследований молено квалифицировать как решение актуальной научно-технической задачи улучшения динамических, статических и конструктивных характеристик ФФМС, основанного на использования модуляционного преобразования одночастотного лазерного излучения в многочастотное, реализуемого в АЭОММЦ.

1. Jackson К. Optical fiber delay-line signal processing / K. Jackson., S. Newton, B. Moslehi, M.Tur, C. Cutler, J. Goodman, H.J. Shaw // 1.EE Trans. Microwave Theory Tech. - 1985. - V. 14. - P. 193-204.

2. Hunter I. Microwave filters — applications and technology /1. C. Hunter, L. Billonet, B. Jarry, P. Guillon // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2002. - V.50. -№ 3. -P. 794-805.

3. Moslehi B. Fiber-optic lattice signal processing / B. Moslehi, J. Goodman, M. Tur, H.J. Shaw // Proc. IEEE. 1984. - V.72. - P. 909-930.

4. Minasian R. Photonic signal processing of microwave signals / R. Minasian // IEEE Trans. MTT. 2006. - № 54. - P. 832-846.

5. Seeds A. Microwave photonics / A. Seeds // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2002. - V.50. - № 3. - P. 877-887.

6. Wilner K. Fiber-optic delay lines for microwave signal processing / K. Wilner, A. P. Van den Heuvel // Proc. IEEE. 1976. - V. 64. - P. 805-807.

7. Bowers J. Fiber optic variable delay lines / J. E. Bowers, S. A. Newton, H. J. Shaw//Electron. Lett. 1982. -V. 18. - №. 23. - P. 999-1000.

8. I. Iezekiel, Stavros. Microwave photonics : devices and applications. John Wiley & Sons, Ltd, 2009 348p.

9. Ivan P. Kaminow. Optical Fiber Telecommunications IV A Components. Academic Press, 2002 907p.

10. Le Nguyen Binh. Photonic Signal Processing Techniques and Aplications. CRC Press, 2008-382p.

11. Beling A. Miniaturized waveguide-integrated p-i-n photodetector with 120GHz bandwidth and high responsivity / A. Beling, H.-G. Bach, G.G. Mekonnen, R. Kunkel, D. Schmidt // Photonics Technology Letters, IEEE. 2005. - V.17. - P. 2152-2154.

12. Tan I-Hsing. 120-GHz long-wavelength low-capacitance photodetector with an air-bridged coplanar metal waveguide / I-Hsing Tan, Chi-Kuang Sun, K.S.

13. Giboney, J.E. Bowers, E.L. Hu, B.I. Miller, RJ. Capik I I Photonics Technology Letters, IEEE. 1995. - V.7. - P. 1477 - 1479.

14. Capmany J. Discrete-time optical processing of microwave signals / J. Capmany, B. Ortega, D. Pastor, S. Sales // J. Lightw. Technol. 2005. - V. 23. -№. 2. - P. 702-723.

15. Айфичер Э. Цифровая обработка сигналов: практический подход. Вильяме, 2007 992с.

16. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. БХВ-Петербург, 2011 -768с.

17. Taylor Н. Fiber and integrated optical devices for signal processing / H. Taylor// SPIE. 1979. -V. 176. - P. 17-27.

18. Sales S. Experimental demonstration of fiber-optic delay line filters with negative coefficients / S. Sales, J. Capmany, J. Marti, D. Pastor // Electron. Lett.-1995.-V.31.-P. 1095-1096.

19. Davies D. Fiber and integrated optical devices for signal processing / D. Davies, G. W. James // Electron. Lett. 1984. - V. 20. - P. 95-96.

20. Capmany J. A tutorial on microwave photonic filters / J. Capmany, B. Ortega, D. Pastor // J. Lightwave Technol. 2006. - V. 24. - P. 201-229.

21. Frankel, M. Fiber-optic tunable transversal filter / M. Y. Frankel, R. D. Esman //IEEE Photon. Technol. Lett. 1995. - V. 7. - №. 2.- P. 191-193.

22. Садеев T.C. Спектральные характеристики фотонных фильтров микроволновых сигналов на основе амплитудных электрооптических модуляторов / Т.С. Садеев, О.Г. Морозов // Вестник МарГТУ. 2010. - Т. 10, №3.-С. 22-30.

23. Yao J. Microwave photonics / J. Yao // IEEE OSA J. Lightw. Technol. -2009. V.27. - №. 3. - P. 314-335.

24. Yao J. Microwave Photonics: Optical Generation and Processing of Microwave Signals / J. Yao // International conference on advanced infocomm technology'08.

25. Pastor D. Broad-band tunable microwave transversal notch filter based on tunable uniform fiber Bragg gratings as slicing filters / D. Pastor, J. Capmany, B. Ortega // IEEE Photon. Technol. Lett. 2001. - V. 13. - №. 7. - P. 726-728.

26. Norton D. Tunable microwave filtering using high dispersion fiber time delays / D. Norton, S. Johns, C. Keefer, R. Soref// IEEE Photon. Technol. Lett. 1994. - V. 6. -P. 831-832.

27. Hunter D. Tunable optical transversal filter based on chirped gratings / D. Hunter, R. Minasian, P. Krug // Electron. Lett. 1995. - V. 31. - № 25. - P. 2205-2207.

28. Mora J. Tunable dispersion device based on a tapered fiber Bragg grating and nonuniform magnetic fields / J. Mora, B. Ortega, M. Andres, J. Capmany, J. Cruz, D. Pastor, S. Sales // IEEE Photon. Technol. Lett. 2003. - V. 15. - №. 7. - P. 951-953.

29. Hunter D. B. Reflectivity tapped fiber optic transversal filter using in-fiber Bragg gratings / D. B. Hunter, R. Minasian // Electron. Lett. 1995. - V. 31. - P. 1010-1012.

30. Hunter D. B. Microwave optical filters using in-fiber Bragg grating arrays / D. B. Hunter, R. Minasian // IEEE Microwave and Guided Wave Lett. 1996. - V. 6. - P. 103105.

31. Hunter D. B. Photonic signal processing of microwave signals using an active-fiber Bragg-grating-pair structure / D. B. Hunter, R. Minasian // IEEE Trans. Microwave Theory and Technol. 1997. - V. MTT-45. - P. 1463-14667.

32. Marti J. Photonics tunable microwave filters employing electro-absorption modulators and wideband chirped fiber gratings/ J. Marti, V. Polo, F. Ramos, D. Moodie // Electron. Lett. 1999. V. 35. - №. 4. - P. 305-306.

33. Yu G. High-performance microwave transversal filter using fiber Bragg grating arrays / G. Yu, W. Zhang, J. A. R. Williams // IEEE Photon. Technol. Lett. 2000. - V. 12. - №. 9. - P. 1183-11850.

34. Pastor D. Broad-band tunable microwave transversal notch filter based on tunable uniform fiber Bragg gratings as slicing filters / D. Pastor, J. Capmany, B. Ortega //," IEEE Photon. Technol. Lett. V. 13. - №. 7. - P. 726-728.

35. Hunter D.B. Tunable optical transversal filter based on chirped gratings / D. B. Hunter, R. A. Minasian, P. A. Krug // Electron. Lett. 1995. - V. 31. -№ 25. -P.2205-2207.

36. Delgado-Pinar M. Tunable and reconfigurable microwave filter by use of a Bragg-grating-based acousto-optic superlattice modulator / M. Delgado-Pinar, J. Mora, A. Diez, M. V. Andres, B. Ortega, J.Capmany // Opt. Lett. 2005. - V. 30. - №. 1. - P. 8-10.

37. Mora J. Tunable dispersion device based on a tapered fiber Bragg grating and nonuniform magnetic fields / J. Mora, B. Ortega, M. V. Andres, J. Capmany, J. L. Cruz, D. Pastor, S. Sales //IEEE Photon. Technol. Lett. -2003. V. 15. - №. 7. - P. 951-953.

38. Zeng F. Genetic algorithm for fiber Bragg grating based all-optical microwave filter synthesis / F. Zeng, J. P. Yao, S. Mihailov // Opt. Eng. 2003. - V. 42. - №. 8. - P. 2250-2256.

39. Pastor D. Fiber optic tunable transversal filter using laser array and linearly chirped fibre grating / D. Pastor, J. Capmany // Electronics Letters. 1998. - V. 34. - № 17.-P. 1684-1685.

40. Capmany J. New and flexible fiber-optic delay-line filters using chirped Bragg gratings and laser arrays / J. Capmany, D. Pastor, B. Ortega // IEEE Trans. Microwave Theory and Technol. 1999. - V. 47. -№. 7. - P. 1321-1326.

41. Mora J. Automatic tunable and reconfigurable fiber optic microwave filters based on a broadband optical source sliced by uniform fiber Bragg gratings / J.Mora, B. Ortega, J. Capmany // Optics Express. 2002. - V. 10. - №. 22. -P. 1291-1298.

42. Xiao S. Coherent Photonic Processing of Microwave Signals Using Spatial Light Modulators: Programmable Amplitude Filters/ Shijun Xiao // Journal of lightwave technology. 2006. - V. 24. - № 7.

43. Sasayama K. Coherent optical transversal filter using silica-based waveguides for high-speed signal processing / K. Sasayama, M. Okuno, K. Habara // J.Lightw. Technol. 1991. - V. 9. - № 10. - P. 1225-1230.

44. Coppinger F. Photonic microwave filtering using coherently coupled integrated ring resonators / F. Coppinger, C. K. Madsen, B. Jalali // Microw. Opt. Technol. Lett. 1999. - V. 21. - P. 90-93.

45. Zhang W. Optical fiber delay line filter free of limitation imposed by optical coherence / W. Zhang, J. A. R. Williams, I. Bennion // Electron. Lett. 1999. -V.35. - №. 24. - P. 2133-2134.

46. Chang C. Fiber optic delay line devices for RF signal processing / C. Chang, J. A. Cassaboom, H. F. Taylor // Electronics Letters. 1977. - V. 13. - P. 678-680.

47. Goodman J. Method for performing complex-valued linear operations on complex valued data using incoherent light / J. Goodman, L.Woody // Appl. Optics. 1977. - V. 16. - P.2611 - 2612.

48. You N. Synthesis of WDM grating-based optical microwave filter with arbitrary impulse response / N. You, R. A.Minasian // in Proc. International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP '99). Melbourne. - 1999. - V. l.-P. 223-226.

49. Sales S. Experimental demonstration of fiber-optic delay line filters with negative coefficients / S. Sales, J. Capmany, J. Marti, D. Pastor // Electron. Lett. -1995. V.31. - P. 1095-1096.

50. Yost T.A. Hybrid transversal filter utilizing MMIC and optical fiber delay lines / T. A. Yost, P. R. Herczfeld, A. Rosen, S. Singh // IEEE Microwave Guided Wave Lett. 1995. - V. 5. - №. 9. -P. 287-289.

51. Swelka B.E. Optoelectronic transversal filter / B. E. Swelka, R. I. MacDonald // Electron. Lett. 1991. - V. 27. - P. 1769-1770.

52. Mukai T. Homogeneous gain saturation in 1.5 m InGaAsP traveling-wave semiconductor laser amplifiers / T. Mukai, K. Inoue, T. Saitoh // Appl. Phys. Lett. 1987.-V. 28.-P. 381-383.

53. Asghari M. Wavelength conversion using semiconductor optical amplifiers / M. Asghari, I. H. White, and R. V. Penty // J. Lightw. Technol. 1997. - V. 15. -№.7-P. 1181.

54. Coppinger F. All-optical RF filter using amplitude inversion in a semiconductor optical amplifier / F. Coppinger, S. Yegnanarayanan, P. D. Trinh, B. Jalali // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 1997. - V. 45. - №. 8. - P. 14731477.

55. Wang X. Tunable all-optical incoherent bipolar delayline filter using injection-locked Fabry-Perot laser and fiber Bragg gratings / X. Wang, K. T. Chan // Electron. Lett. 2000. - V. 36. - P. 2001-2002.

56. Li S. Wavelength switching of picoseconds pulses in a self-seeded Fabry-Perot semiconductor laser with external fiber Bragg grating cavities by optical injection/ S. Li, K. T. Chan, C. Lou // IEEE Photon. Technol. Lett. 1998. - V. 10. -P. 1094-1096.

57. Mora J. Tunable all-optical negative multitap microwave filters based on uniform fiber Bragg gratings / J. Mora, M. V. Andres, J. L. Cruz, B. Ortega, J. Capmany, D. Pastor, S. Sales // Opt. Lett. 2003. - V. 28. - P. 1308-1310.

58. Capmany J. Microwave photonics filters with negative coefficients based on phase inversion in an electro-optic modulator / J. Capmany, D. Pastor, A. Martinez, B. Ortega, S. Sales // Opt. Lett. 2003. -V. 28. - P. 1415-1417.

59. Zeng F. All-optical microwave bandpass filter with negative coefficients based on a phase modulator and linearly chirped fiber Bragg gratings / F. Zeng, J. Wang, J. P. Yao // Opt. Lett. 2005. - V. 30. - № 17. - P. 2203-2205.

60. Pastor D. Reconfigurable RF Photonic Filter With Negative Coefficients and FlatTop Resonances Using Phase Inversion in a Newly Designed 2 X 1 Integrated Mach-Zehnder Modulator / D. Pastor // IEEE Photonics Technology Letters. 2004. - V. 16. -№9.

61. Zeng F. All optical bandpass microwave filter based on electro-optic phase modulator / F. Zeng, J. P. Yao // Optics Express. 2004. — V. 12. — №16. — P. 38143819.

62. Wang J. All-optical microwave bandpass filter with negative coefficients based on PM-DVT conversion / J. Wang, F. Zeng, J. P. Yao // IEEE Photon. Technol. Lett.2005. V. 17. - №. 10. -P. 2176- 2178.

63. Vidal B. All-optical WDM multi-tap microwave filter with flat bandpass / B. Vidal, J. L. Corall, J. Marti // Optics Express. 2006. — V.14. — №2. — P. 581-586.

64. Wang J. A tunable photonic microwave notch filter based on all-optical mixing / J. Wang // IEEE Photon. Technol. Lett. 2006. - V. 18. - №. 2. - P. 382-384.

65. Abuelma'atti M. T. Theoretical analysis of the intermodulation performance of Mach-Zehnder modulators with difference frequency injection /М. T. Abuelma'atti// Int. J. Infrared and Millim. Waves. 2007. -V. 28. - P. 831-838.

66. Xie X. Linearized mach-zehnder intensity modulator/ Xie, J. Khurgin, J. Kang, F.-S. Chow //IEEE Photonic Technol Lett. 2003. - V.15. -P. 531-533.

67. Abuelma'atti M.T. Large signal analysis of the mach-zehnder modulator with variable bias/ M. T. Abuelma'atti // Proc. Natl. Sci. Counc. ROC(A). 2001. -V.25. -№ 4.-P. 254-258.

68. Qi G. Phase-noise analysis of optically generated millimeter-wave signals with external optical modulation techniques / G. Qi, J. Yao // Journal of lightwave technology. 2006. - V. 24. - № 12. - P. 4861 - 4875.

69. Yao J. Photonic generation of ultrawideband signals / J. Yao, F. Zeng, and Q. Wang //J. Lightw. Technol. 2007. - V. 25. - №. 11. - P. 3219-3235.

70. Ou H. Millimeter-wave harmonic signal generation and distribution using a tunable single-resonance microwave photonic filter/ H. Ou // Journal of Lightwave Technology. 2010. - Vol. 28. - P. 2337-2342.

71. X. Xie, J. Khurgin, J. Kang, and F.-S. Chow. Linearized mach-zehnder intensity modulator// IEEE Photonic Technol Lett 15, 531-533 (2003).

72. Ильин Г.И. Симметричные двухчастотные рефлектометрические системы мониторинга природной и искусственных сред / Г. И. Ильин, О. Г.

73. Морозов, Ю. Е. Польский // Электронное приборостроение. Науч.-прак. сбор. Вып. 4(38). Казань: ЗАО «Новое знание», 2004. С.17-49.

74. А 1338647 SU 4 G02F 1/03. Способ преобразования одночастотного когерентного излучения в двухчастотное / Ильин Г.И., Морозов О.Г. (Казан, авиац. ин-т им. А.Н. Туполева). №3578456/31-25; Заявл. 13.04.83; Опубл. 20.04.2004.

75. Ильин Г. И. ЛЧМ-лидар с преобразованием частоты / Г. И. Ильин, О. Г. Морозов, Ю. Е. Польский // Оптика атмосферы и океана. — 1995. Т. 8. - № 12.-С. 1871-1874.

76. Gopalakrishnan G.K. Microwave optical mixing in LiNb03 modulators / G. K. Gopalakrishnan, W. K. Burns, С. H. Bulmer // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1993. -V. 41. - P. 2383-2391.

77. Hilt A. Microwave harmonic generation in fiber-optical links / A.Hilt // Journal of Telecommunications and Information Technology. 2002. P.22-28

78. Chi H. Analytical Models for phase-modulation-based microwave photonic systems with phase modulation to intensity modulation conversion using a dispersive device/ H.Chi // Journal of lightwave technology. 2009. - V. 27. -№ 5. -P.511-521.

79. Zeev Zalevsky. Integrated micro- and nanophotonic dynamic devices: a review // Journal of Nanophotonics. 2007. — V.l. — №1. — 012504.

80. Adams D.M. Mach-Zehnder modulator integrated with a gain-coupled DFB laser for lOGbit/s, 100km NDSF transmission / D.M. Adams, C. Rolland, C., N .Puetz // Electronics Letters. 1996. - Y.32. - P.485.

81. Lovisa S. Integrated laser Mach-Zehnder modulator on indium phosphide free of modulated-feedback / S. Lovisa, N. Bouche, Y. Heymes // Photonics Technology Letters, IEEE. 2001. - V.l3. - P. 1295 - 1297.

82. Koh P.C. Generation of 40 Gbps Duobinary Signals Using an Integrated Laser—Mach-Zehnder Modulator / P.C. Koh, L.A. Johansson, Y.A. Akulova, G.A. Fish // Optical Society of America. 2009. - OThN4.

83. Айбатов Д.JI. Преобразование спектра оптического излучения в двухканальном модуляторе Маха-Цендера и ROF-фильтр на его основе / Д.Л. Айбатов, О.Г. Морозов, Т.С. Садеев // Нелинейный мир. 2010. - Т.8. - №5. -С.302-309.

84. Aybatov D.L. Spectrum conversion investigation in lithium niobate Mach-Zehnder modulator/ D.L. A ybatov, O.G. Morozov // Optical Technologies for Telecommunications. Proc. SPIE V.7523. - 2009. - Samara. - P.75230D-1 - 75230D-7.

85. Sumitomo сайт. URL: http://www.socnb.com/report/pproducte/lnl4.pdf

86. Thorlabscanr.URL: thorlabs.de/NewGroupPage9.cfm?ObjectGroupID=3918

87. Hui R. 10-Gb/s SCM Fiber System Using Optical SSB Modulation / R. Ilui, B. Zhu, R. Fluang, C. Allen // IEEE photonics technology letters. 2001. - V. 13. - № 8. -P.896-898.

88. Sumitomo сайт. URL: http://www.socnb.com/report/pteche/200 lp06e.pdf

89. Meslener G. Chromatic dispersion induced distortion of modulated monochromatic light employing direct detection/ G. Meslener // IEEE journal of quantum electronics. 1984. - V. QE-20. - № 10. - P. 1208 - 1216.

90. Zeng F. Investigation of phase-modulator-based all-optical bandpass microwave filter/F. Zeng// Journal of lightwave technology. -2005. V. 23. - P. 1721 - 1728.

91. Morozov O.G. All-optical microwave filter for ROF WDM systems based on double-mode method / O.G. Morozov, T. S. Sadeev, A. A. Talipov // Optical Technologies for Telecommunications. Proc. SPIE V.7374. - 2008. - Kazan. - P. 73740A1 -73749A1.

92. Morozov O.G. All-optical microwave photonic filter based on two-frequency optical source/ O.G. Morozov, T. S. Sadeev // Optical Technologies for Telecommunications. Proc. SPIE V.7992. - 2010. - Ufa. - P. 799211 - 1 -799211 - 7.

93. Aybatov D.L. Dual port MZM based optical comb generator for all-optical microwave photonic devices/ D.L. Aybatov, O.G. Morozov, T. S. Sadeev //

94. Optical Technologies for Telecommunications. Proc. SPIE V.7992. - 2010. — Ufa. - P. 799201 - 1 -799201 - 8.

95. Wooten E. A Review of Lithium Niobate Modulators for Fiber-Optic Communications Systems / E. L. Wooten, К. M. Kissa, A. Yi-Yan // IEEE Journal of selected topics in quantum electronics. 2000. - V. 6. - № 1. - P. 69 - 82.

96. Chanda D. Wireless signal-preamble assisted Mach-Zehnder modulator bias stabilization / D. Chanda, A. Sesay // European transactions on telecommunications. 2008. - V. 19. - № 6. - P.669-679.

97. Nagata H. Initial bias dependency in dc drift of z-cut LiNb03 optical intensity modulators/ H. Nagata, H. Honda, K. Akizuki // Opt. Eng. — 2000. V. 39. — P. 1103-1105.

98. Korotky S. K. An RC Network Analysis of Long Term Ti: LiNb03 Bias Stability / S. K. Korotky, J. J. Veselka // J. Lightwave Technol. 1996. - V. 14. -P. 2687-2697.

99. Cox C. Techniques and performance of intensity-modulation direct-detection analog optical links / С. Cox, E. Ackerman, R. Helkey, G. Betts // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1997. - V.45. - P. 1375-1383.

100. Yi-Yan A. Index instabilities in proton-exchanged LiNb03 waveguides / A. Yi-Yan // Appl. Phys. Lett. 1983. - V. 42. P. 633-635.

101. Maack D. Reliability of lithium niobate Mach- Zehnder modulators for digital optical fiber telecommunication systems / D. Maack // Proc. SPIE Critical Reviews: Reliability of Optical Fibers and Optical Fiber Systems. 1999. - P. 197-230.

102. Морозов О.Г. Двухчастотные методы анализа и синтеза полностьюоптических фильтров для измерительных ROF систем миллиметровогодиапазона/ О.Г. Морозов, Т.С. Садеев, В.П. Просвирин, А.С. Смирнов, А.А.150

103. Талипов // Сборник трудов III Российского семинара по волоконным лазерам». 2009. - Уфа. - С. 126-127.

104. Пат. №102256 РФ МПК G01K 11/32. Устройство для измерения параметров физических полей / Морозов О.Г., Садеев Т.С., Айбатов Д.Л., Степущенко O.A., Нургазизов М.Р.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ПГУТИ. 2010137130; опубл. 20.02.2011. Бюл. №5.

105. Морозов О.Г. Источник оптического излучения для измерений распределенных волоконно-оптических систем / О.Г. Морозов, Т.С. Садеев // Тезисы докладов ИХ Международной конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях». — 2010. — Уфа. — С.310-312.

106. Aybatov D.L. Two-frequency analysis of fiber-optic structures / D.L. Aybatov, O.G. Morozov, O.G. Natanson, G.I. Ilyin, E.A. Kalatcheva // Optical Technologies for Telecommunications 2005. Proc. SPIE V.6277. - 2006. -P. 62770E-1 -62770E-11.

107. Морозов О.Г. Двухчастотный детектор рамановского и бриллюэновского рассеяния / О.Г. Морозов, Д.Л. Айбатов, Т.С. Садеев // Труды VI Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». 2007. - Казань. — С.299-301.

108. Морозов О.Г. Дисперсия в вопросах синтеза и анализа систем мониторинга ВОЛС/ О.Г. Морозов, Т.С. Садеев, В.П. Просвирин, A.C.

109. Смирнов, А.А. Талипов // Сборник трудов IV Российского семинара по волоконным лазерам». — 2010. — Ульяновск. — С. 100-101.

110. Морозов О.Г. Выбор источника оптического излучения в задаче оптического гетеродинирования / О.Г. Морозов, Т.С. Садеев // Тезисы докладов ИХ Международной конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях». — 2010. Уфа. - С.300-301.

111. Morozov O.G. Double mode system for FWM reducing / O.G. Morozov, T. S. Sadeev, O. G. Natanson, A. S. Smirnov, A. A. Talipov // Optical Technologies for Telecommunications. Proc. SPIE V.7026. - 2007. - Ufa. - P. 702603 - 1 -702603 - 6.

112. Morozov O.G. Bandwidth expansion approach for DWDM deployment in О band / O.G. Morozov, T. S. Sadeev, A. A. Talipov // Optical Technologies for Telecommunications. - Proc. SPIE V.7374. - 2008. - Kazan. - P. 737403 - 1 -737403 - 6.

113. Морозов О.Г. Методы контроля нелинейных эффектов в оптических волокнах / О.Г. Морозов, Т.С. Садеев // Труды V Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». — 2006. — Самара. С.276-277.

114. Садеев Т.С. Методы компенсации ЧВС / Т.С. Садеев, О.Г. Морозов // Сборник трудов IV Всероссийской молодежной научной школы «Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики: физические свойства и применение». — 2007. — Саранск. — С. 132.

115. Морозов О.Г. Исследование характеристик колебания, используемого для подавления продуктов ЧВС / О.Г. Морозов, Т.С. Садеев // Труды VI Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». 2007. - Казань. - С.291-292.

116. Морозов О.Г. Двухчастотные лазерные излучатели для систем мониторинга нелинейных рассений ВОЛП / О.Г. Морозов, Д.Л. Айбатов, Т.С. Садеев // Труды VI Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». 2007. - Казань. - С.276-277.

117. Садеев Т.С. Двухчастотная компенсация помех ЧВС / Т.С. Садеев, О.Г. Морозов // Тезисы докладов Всероссийской (с международным участием) молодежной научной конференции «XVI Туполевские чтения». Т. III. — 2008. - Казань. - С.435-437.

118. Морозов О.Г. Обзор программы Ур1р1ауег для исследования ЧВС / О.Г. Морозов, Т.С. Садеев // Труды VII Международной НТК «Физика и технические приложения волновых процессов». — 2008. Самара. — С.283-284.