автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Управляемые по частоте опто-электронные автогенераторы СВЧ и ВЧ диапазона с подкачкой квантово-размерным лазерным диодом

На правах рукописи

БОРЦОВ Александр Анатольевич

УПРАВЛЯЕМЫЕ ПО ЧАСТОТЕ ОПТО-ЭЛЕКТРОННЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ СВЧ И ВЧ ДИАПАЗОНА С ПОДКАЧКОЙ КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ДИОДОМ

Специальность 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства

телевидения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических 1

МОСКВА - 2005

Работа выполнена на кафедре Формирования колебаний и сигналов Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель - к.т.н., профессор КАПРАНОВ

Михаил Владимирович Официальные оппоненты -д.т.н., профессор СМОЛЬСКИЙ

Сергей Михайлович к.т.н., доцент МУСЯНКОВ

Михаил Иванович

Ведущая организация - ОАО «Концерн радиостроения «Вега»

Защита состоится « » июня 2005 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.157.05 при Московском энергетическом институте (Техническом университете} по адресу: 1 11250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 17, аудитория А - 402.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, г.Москва, Красноказарменная ул., д.14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан « » мая 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

к.т.н., доцент

Курочкина Т.И.

£00 6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В настоящее время актуальной научно-технической задачей является разработка новых по своему принципу действия и конструкции, компактных, малошумящих, высокостабильных радиочастотных генераторов, работающих в СВЧ диапазоне от 3 до 600 ГТц в гибридном и интегральном исполнении, обладающих широкой спектральной перестройкой. Подобные устройства формирования колебаний в диапазонах сантиметровых и миллиметровых длин волн необходимы при построении современных радиолокационных систем и антенно-фидерных трактов, спутниковых и космических линий связи, создании высококачественной аппаратуры для измерительной техники.

Использующиеся в настоящий момент в радиотехнических системах известные генераторы СВЧ являются для многих решаемых задач неприемлемыми. Так, автогенераторы на диэлектрических резонаторах имеют ограничения по уровню фазовых шумов по диапазону частот до 20 ГГц. Одним из способов создания перестраиваемых малошумящих генераторов в области частот 5-100 ГТц является применение в них стабилизированной малошумящей оптоэлектронной волоконно-оптической линии задержки (ВОЛЗ) с запаздыванием сигнала в ней от 2 до 10 мкс с малыми потерями электрической мощности от 1 до 10 дБ. В состав ВОЛЗ входят последовательно соединенные - модулированный источник света (МИС) - квантово-размерный лазерный диод (КЛД), волоконно-оптическая система (ВОС) на базе одного или нескольких волоконно-оптических световодов и фотодиод (ФД) (рис. 1).

Появившаяся недавно современная отечественная элементная база оптоэлектронных компонент - сверхширокополосные квантово-размерные лазерные диоды (КЛД) и фотодиоды - позволяет реализовать малошумящие малодисперсио! 0.01 - 12 ГГц и на

ад

их основе создать малошумящие, высокостабильные и управляемые по частоте автоколебательные системы.

Появляется возможность производить эффективное управление частотой ОАГ оптическими методами в дифференциальной волоконно-оптической линии задержки (ДВОЛЗ) и электронными методами, изменяя ток накачки КЛД и параметры радиочастотного фильтра (РФ). Высокие эксплутационные характеристики ОАГ с ВОЛЗ позволяют им успешно конкурировать в области СВЧ и КВЧ (5 - 100 ГТц) с традиционными автогенераторами. Наличие оптического канала в ОАГ с ВОЛЗ, их малые вес и габариты делают их перспективными в качестве опорных генераторов в доплеровских оптических бортовых локаторах, а также в качестве функциональных преобразователей физических величин.

Однако в настоящее время данный тип генераторов недостаточно теоретически и экспериментально изучен.

Из зарубежных ученых в области экспериментальных исследований ОАГ необходимо отметить таких исследователей, как Наказава М., Ярив А., Малеки Л., Стив Яо. Особенно завершенными в теоретическом плане представляются работы отечественных авторов Григорьянца В.В., Уткина Г. М., Ильина Ю. Б., Константинова В. Н., Прокофьева В А., Дворникова А. А., в которых ОАГ с ВОЛЗ анализируется на основе укороченных дифференциальных уравнений (УДУ) первого приближения. В этих работах путем разложения управляющего сопротивления ОАГ с ВОЛЗ в ряд Тейлора в области малого запаса по самовозбуждению получены простые дифференциальные уравнения автономного ОАГ с ВОЛЗ, содержащей одиночный волоконно-оптический световод. Вместе с тем, на практике применяются режимы работы ОАГ с большими запасами по самовозбуждению. ВОЛЗ в ОАГ могут представлять собой сложные волоконно-оптические структуры, например, составные

дифференциальные ВОЛЗ. Используемые в ВОЛЗ в качестве МИС КЛД

могут работать в СВЧ диапазоне. Управление частотой ОАГ в дифференциальных ВОЛЗ можно осуществлять изменением тока накачки КЛД, изменением оптических параметров волоконно-оптических направленных ответвителей различных типов, а также изменением оптической частоты КЛД. Имеющиеся работы по исследованию ОАГ не дают возможности определять основные свойства и зависимости характеристик ОАГ при управлении частотой генерации перечисленными электронными и оптическими методами.

Выше сказанное позволяет следующим образом сформулировать цель данной работы.

Цель и задачи работы

Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование способов оптического и электронного управления частотой генерации ОАГ с помощью изменения условий возбуждения дифференциальной ВОЛЗ и тока смещения квантово-размерного лазерного диода при работе ОАГ в ВЧ и СВЧ диапазонах 3-50 МГц и 1-12 ГТц соответственно.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

-построение математической модели ОАГ на основе укороченных дифференциальных уравнений (УДУ) с запаздывающей обратной связью (ЗОС) с учетом сложной топологии ВОЛЗ, без ограничения на величину запаса по самовозбуждению и использование этой модели для анализа переходных процессов в ОАГ с ДВОЛЗ;

-проведение теоретического и экспериментального исследования ФЧХ и АЧХ квантово-размерного лазерного диода;

-теоретическое и экспериментальное исследование оптических методов управления частотой генерации в ОАГ с дифференциальными ВОЛЗ с разными направленными ответвителями (НО) У - и X - типов;

-реализация экспериментального образца и экспериментальные исследования ОАГ с ВОЛЗ, работающих в СВЧ и ВЧ диапазонах.

В соответствии с поставленными задачами изложение материала в работе проводится в следующей последовательности:

-построение теоретической модели ОАГ на основе УДУ с ЗОС с учетом сложной топологии ВОЛЗ;

-теоретический и экспериментальный анализ ФЧХ и АЧХ КЛД; -исследование оптических методов управления частотой ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ с разными НО Х- и У - типов;

-экспериментальные исследования ОАГ в ВЧ и СВЧ диапазонах.

Методы исследования

Для решения поставленных задач в работе использованы общие аналитические и качественные методы теории нелинейных колебаний применительно к решению дифференциальных укороченных уравнений с запаздывающей обратной связью.

Новые научные результаты, полученные в диссертации.

- На основе УДУ с ЗОС построена математическая модель ОАГ с учетом сложной топологии волоконно-оптической линии задержки (из двух или несколько световодов разной длины, возбуждаемых в разной степени). На основании построенной программы в системе МаЛаЬ проанализированы переходные процессы в ОАГ с ВОЛЗ.

- Произведено теоретическое и экспериментальное изучение ФЧХ и АЧХ КЛД при малых и больших превышениях тока накачки над пороговым значением в диапазоне частот 0.1-12 ГГц.

- Теоретически и экспериментально исследованы оптические методы управления частотой генерации ОАГ с ВОЛЗ с помощью волоконно- оптических направленных ответвителей У- и X - типов.

- Реализован экспериментальный макет ОАГ, работающий в диапазоне 8-12 ГТц и исследованы зависимости частоты от тока смещения квантово-размерного лазерного диода.

- На основании теоретического и экспериментального анализа разработаны рекомендации по построению схем и выбору параметров для управления частотой ОАГ при изменении тока смещения КЛД и при изменении параметров направленных ответвителей У- и Х- типов.

Практическая значимость.

- Проведенные теоретические и экспериментальные исследования ОАГ на частотах от 3 МГц до 12 ГГц позволяют разрабатывать управляемые по частоте ОАГ (путем изменения тока смещения КЛД и параметров направленных ответвителей У- и X - типов) для создания гетеродинов и синтезаторов частоты в ВЧ и СВЧ диапазонах.

- Экспериментальное и теоретическое исследование зависимостей частоты ОАГ от тока смещения КЛД дают возможность разработать новые эффективные способы управления и стабилизации частоты ОАГ.

- Проведенные исследования АЧХ и ФЧХ КЛД в диапазоне частот до 12 ГГц дают возможность эффективно использовать КЛД и выбирать его режимы при разработке ОАГ.

-Проведенные исследования позволяют разрабатывать на основе ОАГ схемы функциональных преобразователей физических величин.

- Проведенные исследования ВОЛЗ на частотах от 3МГц до 12 ГГц позволяют разрабатывать перестраиваемые линии задержки радиосигнала с временем запаздывания от 0.01 мке до ЮОмкс.

Имеются акты об использовании результатов диссертационной работы в практической деятельности НИИКП, в научно-исследовательских работах МГТУ им. Баумана и учебном процессе МЭИ (ТУ).

Положения выносимые на защиту.

-Математическая модель ОАГ с дифференциальной волоконно-оптической линией задержки с направленными ответвителями Y- и X-типов на базе укороченных дифференциальных уравнений с запаздывающей обратной связью.

-Математическая модель квантово-размерного лазерного диода на основе дифференциальных уравнений, результаты исследования АЧХ и ФЧХ КЛД при различных токах смещения.

-Результаты исследований методов управления частотой ОАГ с ДВОЛЗ током смещения КЛД и изменением оптических параметров направленных ответвителей Y- и Х- типов.

-Результаты исследований зависимостей частоты генерации ОАГ, работающих в ВЧ и СВЧ диапазонах от изменений параметров схемы.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: II Научно-техническая конференция «Радиооптические технологии в приборостроении» - Сочи, 2004; Межотраслевая научно-техническая конференция «Стабилизация частоты» - Москва - Иваново, 1986 г.; Ш-я ВНТК «Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации» -Таллинн, 1987г.: Научно-техническая конференция «Волоконно-оптические системы передачи»- Донецк, 1988г.; Научно-техническая конференция «Применение волоконно-оптических систем передачи информации в энергегических комплексах» -Москва,

1987г.; Научно-техническая конференция «Лазерные системы и их применение» - Кострома, 2004г.

Публикации

Основные результаты диссертации изложены в работах [1-17], в том числе в 4 статьях , 3 авторских свидетельствах, 1 патенте, 9 тезисах докладов.

Структура и объем работы

Работа общим объемом 338 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложения и содержит, помимо основного текста, 83 рисунка, библиографию из 135 наименований.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются основные цели и задачи работы.

В главе 1 дано описание функциональной схемы ОАГ (рис.1) и базовой математической модели ОАГ. В схему ОАГ рис.1 входят последовательно замкнутые в кольцо модулированный источник света (МИС) - квантово-размерный лазерный диод, дифференциальная волоконно-оптическая система (ДВОС), состоящая из световода ВСо и двух ( или нескольких) световодов ВС|, ВС2 с разными геометрическими длинами I/ и ¿2 и, соответственно, разными в них задержками Г/ и Т2, соединенных друг с другом с помощью оптических направленных ответвителей (НО) У - или X - типов, фотодиод (ФД), нелинейный широкополосный усилитель (ШПУ), радиочастотный фильтр (РФ) и ответвитель ОТ.

КЛД представляет собой сверхширокополосный мезаполосковый полупроводниковый лазерный диод инжекционного типа, ширина полосы

частот модуляции которого за счет использования фотонных технологий составляет примерно 12 ГГц.

»С л

/ \ оэ>\ «

3-

г

< ВЧ .11.. 1..1 (

Рис.1 Функциональная схема ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ .

Коэффициенты возбуждения световодов ВС! и ВС? А и В равны А =Р/Р{1 и В =Р/Р0 , где Р) , Р2 - оптические мощности, вводимые в световоды ВС| и ВСг, соответственно, а Ро~ Р1 +Р2• Синусоидальный радиосигнал 1ч02л [) , поступающий на вход МИС лазерного диода, модулирует с частотой / по интенсивности его оптическое излучение. В ДВОС. образованной системой из световодов ВС0, ВС] и ВС2 , осуществляется задержка светового сигнала на среднее время Т На выходе фотодетектора ФД получается радиосигнал с током равным 1ф(,(}2к/). При выполнении баланса амплитуд и фаз в такой системе ОАГ возникают автоколебания с определенной радиочастотой /=/г и амплитудой и. При взаимном изменении оптических мощностей Р/, Р2, вводимых в световоды ВС; и ВС2 суммарный фазовый сдвиг сигнала огибающей в такой дифференциальной ВОС изменяется , а следовательно, изменяется частота генерации ОАГ/г Реализация изменений оптических мощностей Я; и Р2 в ОАГ может осуществляться механически или

электронно, например, с помощью направленных от ветвителей НО Y- и Х-типов (рис. 1).

Математическая модель ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ на базе укороченных дифференциальных уравнений (УДУ) для автогенератора с запаздывающей обратной связью составлена для медленно меняющихся амплитуды U и фазы У квазигармонического сигнала:

Тф (dU(t)/dt) = R [AS, U(t-t,)cos<P, + BS2 U(t-tjcos02] - U(t) (1)

Тф U(t) (dmt) = R[~ AS, U(t-1 i)sin Ф, + BS2 ЩМ^тФ,] + +2я(/ф -fo) Тф U(t)

где Ф,,Ф2 -текущие фазовые набеги, Ф,=2лт -fj - V(t) + Ч* (1 -t,), Фт=2к г (ГФ -fj - V(t) + V(t-tj, t, = T- (T,-TJ/2, t2 = T + (TrTJ/2, T= (T,+T^/2, т = (T,-TJ/2, S,=S(U(t + t,)), S2=S(U(t - ф, f Ф -Тф ~ собственная частота и постоянная времени РФ, соответственно; /0 - опорная частота колебаний; R- модуль управляющего сопротивления на частоте близкой к /ф\ S - средняя крутизна вольт-амперной характеристики активного элемента ШПУ (S = g,-U2 - g2-U3, где g,, g2 -постоянные коэффициенты).

Времена задержек светового сигнала в световодах ВСу, ВС] и ВС? - То, Т,, Т2 .соответственно, равны Та= Lo N(v)/c, T,=L, N(v)/c, T2=L2 N(v)/c, где с-скорость света в свободном пространстве, v =v,v -оптическая частота МИС КЛД, N(v) - показатель преломления световедущей жилы световода.

При этом в УДУ произведен учет характеристик дифференциальной и сложной по топологии ВОЛЗ. Важным новым моментом при составлении УДУ ОАГ является снятие ограничений на необходимость малого запаса по самовозбуждению. Особенностью данных уравнений является учет в них параметра оптической частоты КЛД v =v,, который определяет основные отличия ОАГ ВОЛЗ от традиционных автогенераторов.

Показано, что изменения коэффициентов возбуждения световодов в ДВОЛЗ приводят к изменению характера временных зависимостей установления частоты и амплитуды сигнала генерации ОАГ. Из анализа УДУ получено выражение для частоты /г стационарных колебаний в системе ОАГ (рис.1) при ее управлении током смещения КЛД и при изменении параметров ВОС:

л =(гФ(1у) •тФ+т)/[тф+та+ср „(гФ, 1о)//Ф +ч> в„с(гФ, лаолам*! (2)

где »1=1,2,3. .; (рдд(/ф, 1ц), <рв0с(/ф ,(1/),В(1т)) - ФЧХ лазерного диода и волоконно-оптической системы, соответственно; 1о, 1У , //, Ь -постоянные составляющие токов управления КЛД, собственной частотой фильтра РФ /ф, коэффициентов возбуждения световодов ВС, и ВС2, соответственно.

В главе 2 с целью исследования управления частотой генерации ОАГ током смещения квантово-размерного лазерного диода произведены анализ математической модели КЛД и зависимостей его коэффициента передачи от тока смешения. При этом изучены особенности ФЧХ и АЧХ КЛД для одночастотного и многочастотного режимов оптической генерации КЛД. АЧХ Кф и ФЧХ <рф, рассчитанные в режиме малого сигнала для одночастотной оптической генерации КЛД представлены на рис.3 для разных токов смещения от 12 до 80 мА. Изложены результаты экспериментальных исследований ФЧХ и АЧХ квантово-размерного ЛД в СВЧ диапазоне 0.1- 12 ГГц при различных токах смещения. В эксперименте использовался квантово-размерный лазерный диод 1пСаА1А$/1пР с длиной волны излучения 1.3 мкм.

Экспериментально установлено, что при больших токах накачки КЛД работает в режиме многочастотной оптической генерации (рис.3). На основе исследований КЛД выработаны рекомендации по выбору параметров и режимов экспериментального образца ОАГ на базе КЛД.

Г, ГГц

Рис.2 Расчетные (сплошные линии) и экспериментальные(пунктирные) зависимости 4ЧХ и ФЧХКЛДдляразных токов смещения 1=1 оКЛД.

I мА

Рис.3 Экспериментальные ватт-амперная характеристика и оптические спектры КЛД для разных токов смещения I и выходной оптической мощности Р.

В главе 3 рассмотрены оптические способы управления частотой автоколебаний ОАГ с использованием в дифференциальных ВОЛЗ волоконно-оптических направленных ответвителей У - и X - типов. При исследовании способов управления частотой ОАГ путем изменения параметров волоконно-оптической системы (ВОС) (рис.4 и рис.5) был проведен теоретический анализ и реализованы экспериментально схемы ОАГ с управляемыми ВОЛЗ на основе волоконно-оптических направленных ответвителей У- и X - типов при изменении коэффициентов возбуждения А и В световодов ВС| и ВС2 в дифференциальной ВОЛЗ Получены выражения для частоты стационарных колебаний в системе ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ с направленными оптическими ответвителями У- типа и Х- типов.

то

{Цое

0,5/ \ £

Л чм

и а,} мм

■КО / 1М

-щ

а)

бI

Рис.4 Расчетные и экспериментальные зависимости (б) амплитуды V и частоты / генерации ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ с НО У-типа.

Выражение для частоты генерации в стационарном режиме ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ с направленным ответвителем Х-типа (рис.5) записываются в виде:

/г =<Тф Тф + т)/(Тф+Тд+Т+ г • со!? (2Сс. -г))

(3)

где Z -длина участка оптической связи в НО X - типа , Ссе -коэффициент оптической связи. Показано, что при использовании в ДВОЛЗ НО Х-типа существует зависимость коэффициента оптической связи Са от оптической частоты излучения МИС КЛД : С№ =С0 (1+С/ к*), где С» и С; -вещественные коэффициенты, зависящие от показателей преломлений материала световодов, граничной среды и их геометрических размеров.

НО-Хтип

(а)

Мо

Л

-0№

<ЦВБ

н, А /

V 1 * Д ^ я 1 [» * г! I *11 ч 1 \АУ7 1; 1 1 / ' '< У ' 1

•оз с (б)

амплитуда

0,5

одзг (да

сиащани« ^Х/ц

оптическая частота х/

Рис.5 Экспериментальные (сплошные линии) и расчетная (пунктирная линия ) зависимости (б) амплитуды и частоты генерации ОАГ с ДВОЛЗ с НО Х-типа.

Установлено, что одной из особенностей ОАГ является связь оптической частоты КЛД с радиочастотой автоколебаний ОАГ,

В ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ и направленным ответвителем НО Х-типа реализуется управление радиочастотой генерации при изменении оптической частоты КЛД у,.

-15-

Исследования ДВОЛЗ показали, что частотный диапазон перестроек составляет от 1 до 20 %, а крутизна изменений частоты генерации от взаимного смещения световодов составила от 1 ОГц/мкм до 10 кГц/мкм .

Рассмотренные оптические методы управления частотой ОАГ являются новыми, ранее нерассмотренными в литературе, и расширяют сферу применения ОАГ. На новые устройства, использующие в своей основе данные методы перестройки частотой ОАГ, оформлены авторские свидетельства и патент [5-8].

Рис.5 Экспериментальные зависимости ватт-амперной характеристики (ВАХ) КЛД Р(1)(а) , амплитуды 11(1) (а) и частоты Д1) (б) генераиич ОАГ в СВЧ диапазоне.

В главе 4 приведены результаты экспериментальных исследований реализованных схем управляемых по частоте ОАГ (током смещения КЛД) в ВЧ и СВЧ диапазонах на частотах 3-50 МГц и 8 - 12ГГц. Исследованы зависимости частоты генерации ОАГ от тока смещения КЛД (рис. 5) в одночастотном режиме при средней частоте генерации 8.2 ГГц. Установлено, что при увеличении длины малодисперсионного одномодового световода в ВОЛЗ до 60 - 4460 м (соответствует задержкам сигнала в ВОЛЗ 5 не - 22.3 мке) и больших превышениях тока смещения / =60-75 мА над пороговым 1пор (примерно / /Тпор =5- 8) крутизна

изменений частоты генерации /г ОАГ от тока смещения КЛД уменьшается примерно в 30 - 1000 раз и составляет менее 0.03 -1 кГц/мА . Показано, что в ОАГ в СВЧ диапазоне происходит стабилизация частоты за счет использования ВОЛЗ с большим временем запаздывания.

В Заключении подводится итог проделанной работы и сформулированы выводы.

Выводы.

1.Управление частотой в ОАГ с дифференциальными ВОС в диапазоне 0-12 ГГц можно проводить оптическими методами с использованием направленных ответвителей У- и Х- типов и электронными методами при изменении тока смещения КЛД.

2. Проведенный анализ на основе укороченных дифференциальных уравнений с запаздывающей обратной связью позволил выявить новые закономерности зависимостей перестройки частоты от управляющих параметров: линейную, квазилинейную (для НО У-типа) и периодическую (для НО Х- типа).

3. Анализ ОАГ с дифференциальной ВОС с НО Х-типа выявили новый вид управления радиочастотой ОАГ при изменении оптической частоты КЛД. Предложено использовать данный вид управ пения частотой ОАГ в системах стабилизации оптической частоты лазеров и волоконно-оптических системах скрытой передачи информации

4. Проведенные исследования ФЧХ и АЧХ КЛД в диапазоне частот до 12 ГГц при токах смещения КЛД от 10 до 80 мА определили допустимый рабочий диапазон токов смещения КЛД - (60 - 75 мА), при котором достигаются минимальные уходы частоты ОАГ от малых вариаций тока смещения. Сделаны рекомендации по выбору режимов работы КЛД при использовании их для разработки управляемых ВОЛЗ СВЧ сигнала поднесущей, содержащих НО У - и X - типов, с временами запаздывания от 0,01мкс до 100 мкс .

5. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований ОАГ и его элементов (КЛД, ВОС) на частотах до 12 ГГц сделаны рекомендации по созданию управляемых по частоте ОАГ СВЧ диапазона для построения специальных опорных автогенераторов, имеющих два выхода - электронный и оптический.

Список публикаций

1. Борцов А. А., Ильин Ю. Б., Константинов В. Н. Расчет квазистационарного режима импульсных твердотельных оптических квантовых генераторов // Труды ин-та / Московский энергетический институт. - 1982. - Вып. 579. - С.79-82

2. Борцов А. А., Григорьянц В. В., Ильин Ю. Б., Констангинов В. Н. Передаточная функция составной волоконно-оптической линии задержки // Радиотехника.- 1988-№ 8. -С.8-10.

3. Борцов А. А., Григорьянц В. В., Ильин Ю. Б. Перестройка частоты автогенератора с волоконно-оптической линией задержки Ч Радиотехника. - 1989г. - № 3 . - С.68-70 .

4. Борцов А. А., Григорьянц В. В.. Ильин Ю. Б. Влияние эффективности возбуждения световодов на частоту автогенератора с дифференциальной волоконно-оптической линией задержки // Радиотехника. - 1989 г. - № 7. - С.84-89.

5. А.с.№ 1538265 СССР, МКИ3 НОЗК 9/00А. Устройство функционального преобразования в частоту / Борцов А. А., Ильин Ю. Б. и др. (СССР). - 9 с.

6. А. с. №1506508 СССР, МКИ3 Н 03С 3/00. Формирователь частотно-модулируемых сигналов / Белов Л. А., Борцов А. А. и др. (СССР). -7 с.

7. А. с. №1485750 СССР, МКИ3 Н 03 К 9/ООА. Волоконно-оптический датчик физических величин / Бабкина Т В., Борцов А. А. и др. (СССР). - 8 с.

8. Патент по заявке №2004134384 Ш, МПК3 7 Н03 СЗ/00. Формирователь частотно-модулированного сигнала / Борцов А. А., ИльинЮ.Б. - Юс.

9. Борцов А. А., Григорьянц В. В. и др. Частотные и фазовые характеристики автогенератора с волоконно-оптической линией

^ задержки // Стабилизация частоты: Сб. докл. - М., 1986. - С.63-67.

I О.Бабкина Т. В., Борцов А. А., и др. - Использование автогенератора

с волоконно-оптической линией задержки для контроля качества изготовления многомодовых световодов // Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации: - Тез. докл. Ш-ей ВНТК .- Таллинн, 1987. - С. 87-88 .

II .Борцов А. А., Ильин Ю Б. и др. - Измерительные устройства на основе лазерного автогенератора с волоконно-оптической линией задержки // Применение лазеров в технологии, системах передачи и обработки информации: Тез. докл. Ш-ей ВНТК. -Таллинн, 1987-С. 99- 100.

■ 12.Борцов А А. Фазочастотная и амплитудночастотная характеристики

мезаполоскового квантово-размерного лазерного диода с полосой * частот модуляции до 12 ГГц //Радиооптические технологии в

приборостроении: Тез.докл. Н-ой научн.-техн. конф. 14-21 сентября 2004г. - Сочи, 2004 г. - С. 87 - 91.

13 Борцов А. А. Управление частотой в лазерном автогенераторе с составной волоконно-оптической линией задержки // Лазерные системы и их применение: Тез. докл. научн.-техн. конф. 28 -30 июня 2004 г. - Кострома, 2004. - С. 35-38.

2006-4 р_ 84б4 5215

14. Борцов A. A. Экспериментальное и теоретическое исследования фазочастотной и амплитудно-частотной характеристик мезаполоскового лазерного диода с полосой частот модуляции до 12 ГГц ,'/ Лазерные системы и их применение: Тез. докл. науч.-техн. конф. 28 -30 июня 2004 г. - Кострома, 2004. - С. 39-41.

15.Борцов А. А., Ильин Ю. Б. Оптически и электрически перестраиваемый опто-электронный автогенератор СВЧ с ЖИГ-фильгром //Радиооптические технологии в приборостроении: Тез. докл. Н-ой научн.-техн. конф. 14-21 сентября 2004г. - Сочи, 2004 г. -С. 79-81.

16.Борцов А. А., Ильин Ю. Б. Новый малошумящий генератор СВЧ с подкачкой квантово-размерным лазерным диодом // Радиооптические технологии в приборостроении: Тез. докл. И-ой научн.-техн. конф. 14-21 сентября 2004г. - Сочи, 2004 г. - С. 7071.

17.Борцов А. А., Ильин Ю. Б. Разностный опто-электронный автогенератор СВЧ с крайне низким уровнем фазовых шумов // Радиооптические технологии в приборостроении: Тез. докл. И-ой научи.-техн. конф. 14-2Î сентября 2004г - Сочи, 2004 г. - С.84-86.

/ ф

Подписано в печатьЬМ'ОЗгЪък. Ш Тир. fûfl П.л. /Д^ Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОПТО-ЭЛЕКТРОННОГО ГЕНЕРАТОРА (ОАГ) НА ОСНОВЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ.

1.1 Принцип действия ОАГ. Функциональная схема ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ.

1.2 Определение коэффициентов передачи элементов ОАГ ВОЛЗ.

1.3 Уравнения ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ.

1.4 Математическая модель ОАГ ВОЛЗ на основе укороченных дифференциальных уравнений с запаздыванием.

1.5 Анализ укороченных дифференциальных уравнений с запаздыванием автономного ОАГ ВОЛЗ.

1.6 Анализ переходных процессов в ОАГ ВОЛЗ. Время установления частоты и амплитуды генерации ОАГ ВОЛЗ.

1.7 Анализ управления частотой сигнала генерации

ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ в стационарном режиме.

1.8 Параметрическая и долговременная нестабильность частоты ОАГ с ВОЛЗ.

1.9 Краткие выводы к Главе 1.

ГЛАВА 2. УПРАВЛЕНИЕ ЧАСТОТОЙ ГЕНЕРАЦИИ ОАГ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТОКА СМЕЩЕНИЯ КВАНТОВОРАЗМЕРНОГО МЕЗА

ПОЛОСКОВОГО ЛАЗЕРНОГО ДИОДА (КЛД)

2.1.Квантово-размерный лазерный диод (КЛД) в.

2.2 Дифференциальные уравнения и коэффициент передачи КЛД.

2.3 Управление частотой ОАГ высокочастотном (ВЧ) диапазоне

2.4 Краткие выводы к главе 2. при изменении тока смещения ЛД в

ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ ЧАСТОТОЙ ОАГ НА БАЗЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ВОЛОКОННО - ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ЗАДЕРЖКИ.

3.1 Управление радиочастотой ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ, построенной на базе направленного ответвителя Y-типа.

3.2 Управление частотой в ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ с оптическим направленным ответвителем Х-типа.

3.3 Управление радиочастотой ОАГ на базе одиночных регулярных световодов.

3.4 Краткие выводы к главе 3.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОАГ с ВОЛЗ в ВЧ и СВЧ ДИАПАЗОНАХ.

4.1 Экспериментальные исследования характеристик модулированного источника излучения: лазерного диода и светодиода.

4.2 Влияние на частоту генерации ОАГ изменений постоянного тока смещения с лазерного диода и тока смещения светодиода.

4.3 Экспериментальное исследование характеристик ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ на базе направленного ответвителя Х- типа

4.4 Экспериментальные исследования функциональных преобразователей электрических тока и напряжения на основе ОАГ ВОЛЗ.

4.5 Реализация ОАГ в СВЧ диапазоне и его экспериментальные характеристики. Перспективы применения ОАГ в СВЧ и КВЧ диапазонах в радиолокационных и радиооптических бортовых и наземных станциях.

4.6 Краткие выводы к главе 4.

В настоящее время актуальной научно-технической задачей является разработка новых по своему принципу действия и конструкции, компактных малошумящих стабилизированных радиочастотных генераторов[1,2], работающих в диапазоне от 3 до 600 ГГц в гибридном и, интегральном исполнении, обладающих широкой спектральной перестройкой. Подобные устройства формирования колебаний в диапазонах сантиметровых (СМВ) и миллиметровых (ММВ) длин волн необходимы при построении современных радиолокационных систем и антенно-фидерных трактов, спутниковых и космических линий связи, создании высококачественной аппаратуры в измерительной технике.

Использующиеся в настоящий момент в радиотехнических системах известные генераторы СВЧ являются для многих решаемых задач неприемлемыми. Так автогенераторы на диэлектрических резонаторах на керамике, имеют ограничения по уровню фазовых шумов (за счет относительно низкой добротности резонатора), по диапазону частот до 20

7 Я

ГГц и сильно подвержены изменению ускорения (10" -10"). Генераторы СВЧ колебаний на лейкосапфире [3], являющиеся на сегодняшний день самыми «малошумящими» (имеющими малый уровень фазового шума), имеют существенное ограничение по рабочему диапазону частот (6 — 12 ГГц), а также имеют дискретный ограниченный диапазон частотной перестройки, относительно большие размеры и вес резонатора. Кварцевые генераторы с умножением частоты не дают возможности получить достаточно высокие характеристики по спектральной плотности фазового шума и кратковременной стабильности частоты в диапазоне 8- 100 ГГц за счет многократного умножения частоты.

Одним из способов создания перестраиваемых малошумящих генераторов в области частот 5- 100 ГГц является применение в них стабилизированной малошумящей оптоэлектронной линии задержки с запаздыванием сигнала в ней от 2 до Юмкс с малыми эффективными потерями электрической мощности от 3 до 10 дБ. При этом в таком автогенераторе за счет создания в колебательной системе высокой эквивалентной добротности (200-800)103 получается низкая спектральная плотность фазовых шумов (-140Дб/Гц и менее при отстройке по частоте от несущей ЮкГц), а кратковременная нестабильность частоты такого оптоэлектронного автогенератора(ОАГ) не хуже Ю'10. Линия задержки в ОАГ реализуется на базе волоконно-оптической линии задержки (ВОЛЗ). В состав ВОЛЗ входят последовательно соединенные-модулированный источник света (МИС) - лазерный диод, волоконно-оптическая система (В ОС) (в простейшем случае одиночный волоконно-оптический световод) и фотодиод (ФД).

Появившаяся недавно современная отечественная элементная база оптоэлектронных компонент - сверхширокополосные квантово-размерные лазерные диоды и фотодиоды на основе InGaPAs позволяет реализовать малошумящие линии задержки в диапазонах 1- 12 ГГц и на их основе создать малошумящие, высокостабильные и широко перестраиваемые по частоте автоколебательные системы. Современные оптоэлектронные компоненты (электро-оптические абсорбционные и полимерные модуляторы) позволяют уже сейчас реализовать ОАГ в диапазоне 5 -200 ГГц. Предельный частотный диапазон ограничен частотой фотодетектирования -600 ГГц.

За счет стабилизированной ВОЛЗ ОАГ в СВЧ диапазоне обладает высокие показатели долговременной и кратковременной нестабильности частоты ОАГ, обусловленные высокой добротностью колебательной системы (200 -400) 10 в диапазоне 2-100 ГГц. Кроме того, в ОАГ имеется уникальная возможность производить управление частотой в нем оптическими (в составной ВОС) и электронными методами (изменениями тока накачки ЛД и собственной частоты радиочастотного фильтра).

Однако данный тип генераторов недостаточно теоретически и экспериментально изучен. В России не было создано экспериментального макета ОАГ в диапазоне частот 1-10 ГГц.

Имеющиеся работы не дают возможности определить его основные свойства, методы управления частотой, факторы, влияющие на стабильность частоты АГ. Актуальными на данный момент является теоретическое и экспериментальное изучение перестройки частоты за счет изменения тока смещения квантово-размерного лазерного диода, изучение ФЧХ и АЧХ такого КЛД, экспериментальное и теоретическое изучение оптических методов перестройки, вывод и решение для ОАГ укороченных дифференциальных уравнений с учетом составных ВОЛЗ для определения времен переходных процессов при вариации параметров ВОЛЗ. В качестве цепи обратной связи в ОАГ используются ВОЛЗ и оптические или волоконно-оптические резонаторы.

Важным достоинством ВОЛЗ и волоконно-оптических фильтров является то, что их характеристики могут синтезироваться в зависимости от назначения ОАГ. Так, в частности, изменяя топологию и параметры световодов ВОЛЗ ( геометрические длины, входящих в него ВС, количество ВС и виды оптических связей между ВС) можно получать необходимые амплитудно-частотные характеристики ВОЛЗ и фильтров на их основе, входные и выходные импедансы, величины задержек электрического высокочастотного (ВЧ) и сверх высокочастотного (СВЧ) сигнала и т.д. Применение той или иной ВОЛЗ в ОАГ зависит от назначения проектируемого ОАГ ВОЛЗ. Так, например, если необходим перестраиваемый ОАГ ВОЛЗ, то предпочтительней использовать ВОЛЗ, а при создании высокостабильных источников гармонических колебаний можно использовать волоконно-оптические резонаторы.

Перспективным представляется применение ОАГ ВОЛЗ в оптических и радио локационных системах, системах дальней радиосвязи, в синтезаторах частоты, в датчиках различных физических величин, функциональных генераторах, в преобразователях одного вида генерации в другой, например, оптической генерации лазеров в радиочастотную генерацию, в системах стабилизации оптического излучения и др.

Высокие эксплутационные характеристики ОАГ BOJI3 позволяют им успешно конкурировать в области СВЧ 5- 100 ГТц с традиционными кварцевыми с умножением частоты и АГ СВЧ с диэлектрическими резонаторами, в том числе на резонаторах из лейкосапфира. Наличие оптического канала в BOJI3, малые вес и габариты таких ОАГ делают возможным их использование в оптических доплеровских бортовых локаторах для обнаружения малозаметных целей на дальностях 50- 70 км. Другим их перспективным применением ОАГ в качестве функциональные преобразователи (ФП) физических величин. Благодаря наличию помехозащищенной от влияния сильных электромагнитных полей BOJI3 в цепи обратной связи ОАГ их можно использовать как функциональные преобразователи физических величин, например, давления, электромагнитных полей , электрических напряжения и тока , температуры и др. с высокими характеристиками по динамическому диапазону чувствительности .

ОАГ ВОЛЗ, являясь узлом выше перечисленных сложных оптоэлектронных и радиотехнических систем, могут работать в различных режимах: непрерывной генерации высокостабильных колебаний; внешней синхронизации; различных видов модуляции колебания, в том числе манипуляции. В зависимости от режима работы можно выделить два основных типа ОАГ ВОЛЗ - автономный и неавтономный (управляемый), то есть находящийся под внешним воздействием. Внешнее воздействие, которое может быть приложено к ОАГ, могут быть как электрического характера (ток, напряжение, поле) и изменять параметры цепей АГ или ВОЛЗ, так носить механическую природу.

Современные требования к управлению частотой автогенераторов ставят задачу создания ОАГ с заданными динамическими характеристиками наряду с требованиями по стабильности колебания, технологичности изготовления, виброустойчивости, перестраиваемости.

Внешнее воздействие на ВОЛЗ приводит за счет изменения параметров, входящих в него КЛД, волоконно-оптической системы (ВОС ), оптических элементов к изменению параметров автоколебания ( частоты, амплитуды и фазы сигнала генерации ). Используя внешние электронные воздействия на ВОЛЗ, можно эффективно управлять частотой, амплитудой и фазой сигнала генерации.

В связи с этим становится актуальным исследования схем построения управляемых по частоте ОАГ, в которых главным элементом управления выступает ВОЛЗ. Поскольку КЛД, ВОС, входящие в ВОЛЗ, являются сложными для математического описания их коэффициентов передачи компонентами, существует актуальная задача описания коэффициентов передачи и их зависимости от изменений параметров.

Применение ОАГ ВОЛЗ в качестве датчика физических величин, режимах частотной, фазовой модуляции ставит задачу определения индексов модуляции, при которых уровень искажений не превышает заданного. Важно дать практические рекомендации по улучшению характеристик ОАГ ВОЛЗ.

Перед разработчиком нового класса приборов на базе ОАГ стоит ряд актуальных нерешенных задач в известной литературе: анализ зависимостей ФЧХ и АЧХ КЛД при больших превышениях накачки над порогом (от 5до 8); влияние на радиочастоту параметров дифференциальной СВОЛЗ и оптических устройств связи направленных ответвителей Y- и Х- типов; влияние на характеристики радиочастотного сигнала коэффициента оптической связи в направленных ответвителях и световодах. Сложность построения математической модели ОАГ ВОЛЗ состоит в его особенности -наличию в его структуре оптического квантового генератора света лазерного диода. Характеристики лазера влияют на частотные характеристики ОАГ , так например, существует связь оптической полосы генерации лазера с радиочастотной полосой генерации ОАГ. Решение всех этих перечисленных задач, даже не поставленных в известной литературе, дает ключ для построения стабилизированного по частоте ОАГ с рекордными на сегодняшний день характеристиками.

Теоретические работы по исследованию автоколебательных систем (АКС) с запаздыванием ОС (ЗОС) [4-31] появились задолго до выхода в свет первых работ, посвященнных ОАГ ВОЛЗ. Развитие методов решения дифференциальных уравнений с запаздыванием численными методами [32-45] с применением компьютеров вывели исследования таких АГ на качественно новый уровень. Теоретически изученными АГ с ЗОС и близкими по своей схеме построения к ОАГ, являются автогенераторы с линиями задержки на поверхостных акустических волнах (АГ ПАВ) [19-25, 40,41 ]. Эти работы создали основу для теоретических исследований нового класса автогенераторов (АГ) - ОАГ ВОЛЗ.

Бурные исследования в 70-х -80-х годах прошлого века волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и волоконно-оптических световодов с низкими оптическими потерями [42-44] дали импульс к началу использования волоконно-оптических линий задержек в автогенераторах [45-52]. В последние 15 лет появились работы [46-52] российских авторов, посвященные теоретическим и экспериментальным исследованиям ОАГ ВОЛЗ.

В последние 5 -7 лет появились работы по экспериментальному и теоретическому исследованию и разработке современных быстродействующих оптоэлектронных компонент: лазеров, опто-электронных модуляторов, фотодиодов, а также оптоэлектронных и волоконно-оптических систем с быстродействием 0.01 -100 пс, с полосами радиочастот модуляции до 18 -200 ГГц [ 53- 106 ]. В том числе за рубежом ведутся исследования оптоэлектронных автогенераторов (ОАГ) с волоконно-оптической линией задержки [57,61,63-66,73], которые работают в СВЧ диапазоне от ЗГГц - до 39 ГГц. Стимулом ведение этих исследований является перспективность использования ОАГ, работающих в СВЧ и КВЧ диапазонах в качестве опорных генераторов в электронных и оптических PJIC нового поколения, в сверх быстродействующих BOJI3 (в качестве формирователей сверх коротких оптических импульсов 0.01-1 пс с малым «джиттером» (с малом дрожанием переднего фронта импульса ), а также в BOJIC для передачи информации в системах с повышенной конфидициальностью передаваемой информации с использованием маскирующих передаваемых помех [81,82]. В этих работах [81,82] исследовался ОАГ с BOJI3 в автоколебательном режиме стохастической генерации.

Работы по исследованию ОАГ с BOJI3 и их компонентов в ВЧ и СВЧ диапазоне проводятся в настоящее время также и в России [114-134]. В настоящее время в России группой Курносова В.Д. ведутся исследования и разработка современных отечественных квантово-размерных лазерных диодов(КЛД) и фотодиодов , позволяющих осуществлять радиочастотную модуляцию и демодуляцию в ВОЛЗ до 12 ГГц [102-103]. С появлением сверх широкополосных отечественных КЛД стало возможным реализация ОАГ ВОЛЗ в СВЧ диапазоне 8 -12 ГГц [115-120,131,132]. Дальнейшие перспективы разработки ОАГ, работающих в СВЧ и КВЧ диапазонах, связаны с современными разработками оптоэлектронных устройств и фотонных технологий [135].

Из зарубежных авторов по экспериментальному исследованию ОАГ необходимо отметить таких исследоватей, как Наказава М. , Ярив А., Малеки Л., Стив Яо. Особенно завершенными в теоретическом плане представляются работы отечественных авторов Григорьянца В. В. , Уткина Г. М., Ильина Ю. Б., Константинова В. Н. , Капранова М. В., Прокофьева В. А. , Дворникова А. А., в которых ОАГ ВОЛЗ и автоколебательные системы с ВОЛЗ анализируются на основе укороченных дифференциальных уравнений (УДУ) первого приближения. Однако в большинстве из них анализируются стационарные режимы ОАГ без учета сложных коэффициентов передачи КЛД и ВОС. Отсутствуют работы , в которых описываются управляемые по частоте ОАГ , где главным элементом управления является ВОЛЗ. Отсутствуют работы по теоретическому и экспериментальному исследованию управляемых по частоте ОАГ, в которых используются дифференциальные ВОЛЗ на базе Y - и X -направленных оптических ответвителей (НО). Хотя в известной литературе существуют работы [73] , в которых описываются экспериментальное результаты стабилизации частоты ОАГ на основе дифференциальных ВОЛЗ на базе направленных ответвителей.

Отсутствуют также работы по влиянию параметров волоконно-оптического тракта и ширины линии генерации оптического излучения МИС , входящего в ОАГ , хотя данная проблема для ОАГ является очень важной , так как ее решение позволяет сформировать требования к МИС и параметром волоконно-оптического тракта (длине, дисперсии, коэффициентам анизотропности ВС и т.п.), для оптимизации управляемых по частоте стабилизированных ОАГ. Отсутствуют также работы по изучению динамических характеристик ОАГ ВОЛЗ, не проанализированы дифференциальные уравнения дл ОАГ, не изучены время переходных процессов автоколебаний ОАГ с дифференциальными ВОЛЗ, использование которых является перспективным. Использование таких ОАГ благодаря подавлению соседних типов колебаний из-за режекции ДВОЛЗ является перспективным. Также нет работ по анализу влияния на частоту генерации температуры ВОС. Круг решаемых в известных работах по теории ОАГ не может удовлетворить современные требования разработчиков .

Следует отметить, что стремление получить результаты в аналитическом виде , как правило , приводит к необходимости значительного упрощения модели ОАГ ВОЛЗ, моделей ВОС и КЛД. Это зачастую является причиной того, что большинство особенностей работы ОАГ ВОЛЗ не учитывается, и в конечном итоге могут быть получены даже качественно неверные результаты. Последнее связано с тем , что ВОЛЗ обладают рядом особенностей. Таких как - наличие в качестве МИС (источника оптического излучения) -КЛД с определенной шириной полосы генерации излучения , зависимости АЧХ и ФЧХ КЛД от тока накачки , дисперсионный характер по оптическим частота МИС запаздывания в протяженном волоконно-оптическом тракте; распределенный характер возбуждения ВС и приема светового излучения ФД; наличие в компонентах оптических НО X -типа оптической распределенной связи между каналами, наличие оптической связи между разными оптическими модами и распространяющимися типами световых излучений с разными задержками и т.п. Причем все это связано в неразрывное целое, представляющее ВОЛЗ.

Особенно завершенными в теоретическом плане представляются работы [ 46,52,55 ], в которых ОАГ ВОЛЗ анализируется на основании укороченных дифференциальных уравнений (УДУ) первого приближения. В этих работах , из разложения управляющего сопротивления ОАГ ВОЛЗ в ряд Тейлора по малому запасу по самовозбуждению и малой частотной расстройке ( относительно собственной частоты резонансной системы) получены довольно простые дифференциальные уравнения для автономного ОАГ ВОЛЗ с одиночным волоконно-оптическим световодом без учета оптической связи излучений внутри ВОС, без учета ширины полосы генерации МИС.

Однако, на практике применяются режимы работы ОАГ с запасами по самовозбуждению соизмеримыми и даже больше единицы , а ВОЛЗ могут представлять сложные структуры , например, на базе дифференциальных ВОС, а используемые в ВОЛЗ КЛД работать в СВЧ диапазоне. Можно предположить, что точность определяемых по УДУ статических и динамических характеристик ОАГ существенно зависит от запаса по самовозбуждению, ширины линии излучения МИС, а также количества учитываемых световодов разной длины в ВОС.

Выше сказанное позволяет следующим образом сформулировать цель данной работы.

Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное изучение управления частотой ОАГ, работающего в диапазоне СВЧ частот 8-12 ГГц, а также диапазоне ВЧ частот 5- 100 МГц. Исследование методов оптического и электронного управления частотой с помощью изменения условий возбуждения составной ВОС и током смещения квантово-размерного лазерного диода (КЛД). Исследование ФЧХ и АЧХ квантово-размерного ЛД.

На основании исследования дифференциальных уравнений и уравнений баланса фаз и амплитуд ОАГ ВОЛЗ, коэффициентов передачи КЛД, ВОС провести анализ применения ОАГ ВОЛЗ в режимах управления частотой колебаний , дать практические рекомендации по использованию электронных методов управления частотой ОАГ ВОЛЗ. Провести исследования в качестве основных схем для управления частотой генерации ОАГ на базе дифференциальных ВОС с направленными ответвителями X и Y - типов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи :

- построение теоретической модели перестраиваемого по частоте ОАГ с учетом сложной топологии ЛЗ, работы КЛД в диапазоне СВЧ и ВЧ при разных превышениях тока накачки над пороговым значением , ширины полосы источника излучения, дисперсии световода .

- проведение теоретического и экспериментального изучения ФЧХ и АЧХ квантово-размерного лазерного диода (КЛД) с учетом различных превышений тока накачки над пороговым значением;

- теоретическое и экспериментальное изучение оптических методов управления частотой генерации в ОАГ с различными ВОС : на базе ДВОЛЗ с направленным ответвителем Y- типа, на базе ДВОЛЗ с направленным ответвителем X -типа, на базе одиночных многомодовых регулярных и, а также ВОЛЗ со сложной топологией. Выработка рекомендаций на основе анализа различных ВОЛЗ перестраиваемых ОАГ и выбору компонент.

- построение теоретической модели ОАГ на основе УДУ с ЗОС с учетом сложной топологии ВОЛЗ и использование этой модели для анализа переходных процессов в ОАГ с ДВОЛЗ , расчет динамических характеристик

ОАГ ДВОЛЗ с учетом особенностей работы ДВОЛЗ и без ограничений на величину запаса по самовозбуждению;

- реализация экспериментального образца ОАГ ВОЛЗ, работающего в диапазоне 8-12 ГГц;

- теоретическое и экспериментальное исследование зависимостей частоты от тока смещения квантово размерного лазерного диода (КЛД);

- реализация экспериментального образца ОАГ ВОЛЗ, работающего в ВЧ диапазоне 4-50 МГц.

В соответствии с поставленными задачами изложение материала в работе проводится в следующей последовательности.

В главе 1 дано описание функциональной схемы ОАГ и базовой математической модели ОАГ. В схему ОАГ входят, последовательно замкнутые в кольцо, модулированный источник света (МИС) — квантоворазмерный лазерный диод (КЛД), волоконно-оптическая система ВОС на базе одномодового мало дисперсионного световода ВСо или составной ВОС на базе двух (или нескольких ВС].ВСП ) с разными длинами, соединенных друг с другом с помощью оптических направленных ответвителей (НО ) Y - или Х- типов, сверхширокополосного СВЧ фотодиода (ФД), нелинейного широкополосного усилителя (У), радиочастотного фильтра (РФ).

КЛД представляет собой сверх широкополосный мезаполосковый полупроводниковый лазерный диод инжекционного типа, ширина полосы частот модуляции которого за счет использования фотонных технологий составляет примерно 12 ГГц.

Волоконно-оптическая система (ВОС) в ОАГ построена на базе кварцевых одномодовых волоконных световодов с малой дисперсией td-\-3 пс/(нм км) на длине волны 1,3 мкм. Это позволяет создать в ОАГ мало дисперсионную линию задержки СВЧ радиосигналов с временем запаздывания Т3=\0-100 мке с относительной временной дисперсией td /Т3 = (2 — 6) 10"7( нм)'1 за счет ширины полосы излучаемого оптического излучения КЛД . Одной из особенностей ОАГ является то ,что селекция радиочастотных типов колебаний может осуществляется в ВОС. ВОС на базе структуры одномодовых ВСо ВСП разной длины Lj .,L„ соединенных между собой волоконно- оптическими направленными ответвителями (НО) Y - или X - типов позволяют формировать совместно с КЛД и ФД перестраиваемые режекторные и полосовые узкополосные фильтры. Фотодетектором в ВОЛЗ ОАГ является сверхширокополосный СВЧ полупроводниковый фотодиод на основе InGaAs структуры.

В главе рассмотрен автогенератор ОАГ ,в котором дифференциальная волоконно-оптическая система ВОС образована системой последовательно соединенных одного волоконно-оптического световода ВС0 и двух световодов ВС] и ВС2, с разными геометрическими длинами L/ и соответственно, разными в них задержками Т/ и Коэффициенты возбуждения световодов ВС] и ВС2 составляют А и В равны А =Р/Ро и В =Р2/Ро > где Р] ,Pj- оптические мощности вводимые в световоды ВС) и ВС2 соответственно, а Р0= Pi +Р2.

Синусоидальный радиосигнал 1лд(/со), поступающий на вход КЛД лазерного диода, модулирует по интенсивности оптическое излучение КЛД. В ВОС, образованной системой из одного ВСо и двух BCi и ВС2 осуществляется задержка светового сигнала на среднее время Т. На выходе фотодетектора получается радиосигнал с током равным 1ф(}со). При прохождении нелинейного усилителя У, сигнал имеет усиление с появлением радиочастотных составляющих (гармоник) в его спектре. При прохождении радиочастотного фильтра РФ с собственной частотой /ф и постоянной времени Тф гармоники выше первой подавляются и на выходе РФ имеем синусоидальное радиоколебание задержанное по времени. При соблюдении баланса амплитуд и фаз в такой системе возникают автоколебания с частотой f=fz и амплитудой U(t) . При взаимном изменении оптических мощностей вводимых в световоды ВС| и ВС2 Pi ,Р2 суммарный фазовый сдвиг сигнала огибающей в такой дифференциальной ВОС изменяется, а следовательно, изменяется частота генерации ОАГ .Реализация изменений оптических мощностей Р} ,Р2 в ОАГ может осуществляться механически или электронно, например, с помощью направленных ответвителей НО Y- и Х- типа.

Математическая модель ОАГ ВОЛЗ на базе укороченных дифференциальных уравнений (УДУ) для автогенератора (АГ) с запаздывающей обратной связью (ЗОС) составлена для медленно меняющихся амплитуды и фазы квазигармонического сигнала с учетом использования в ОАГ составной дифференциальной ВОЛЗ и ВОЛЗ со сложной топологией. Важным моментом при составлении УДУ ОАГ является снятие ограничений на величину запаса по самовозбуждению. Особенностью данных ДУЗ является учет в них параметра оптической частоты v =Уд МИС КЛД, который определяет основные отличия ОАГ ВОЛЗ от традиционных автогенераторов. Этот учет производится в коэффициенте показателя преломления материала Nec(v) световедущей жилы световодов зависящего от оптической частоты КЛД vn , коэффициентах возбуждения А ,В и оптической связи световодов Ссв.

Исследования ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ (ДВОЛЗ) на базе УДУ с ЗОС выявили особенности зависимостей частоты и амплитуды сигнала генерации при изменении коэффициентов возбуждения световодов в переходном и стационарном режимах работы ОАГ. Изменения коэффициентов возбуждения световодов в ДВОС приводят к изменению характера временных зависимостей частоты и амплитуды сигнала генерации OAJT. Получено из анализа уравнений УДУ выражение для частоты стационарных колебаний в системе ОАГ при ее управлением током накачки квантоворазмерного ЛД и параметрами ВОС.

В главе 2 с целью исследования управления ОАГ при изменении тока смещения КЛД произведены анализ математической модели квантоворазмерного лазерного диода и изучение его коэффициента передачи от постоянного тока накачки (смещения). При этом изучены особенности фазочастотной характеристики (ФЧХ) и амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) (КЛД) для одночастотного и многочастотного режимов оптической генерации КЛД. Ранее ФЧХ и АЧХ квантово-размерного лазерного диода в частотном диапазоне 1-12 ГГц не исследовались. Одной из целей исследования КЛД являлось получение зависимостей ФЧХ и АЧХ для модели КЛД, с учетом многих оптических частот его генерации. Получено теоретическое объяснение влияния появляющихся в излучении КЛД дополнительных оптических гармоник на суммарную ФЧХ и АЧХ при больших токах превышения над пороговым значением.

Изложены результаты экспериментальных исследований ФЧХ и АЧХ квантоворазмерного ЛД в СВЧ диапазоне (1-12 ГГц) при различных токах накачки ,а также при управления радиочастотой генерации ОАГ в диапазоне 8-12 ГГц током накачки ЛД. В эксперименте использовался квантово-размерный InGaAlAs/InP лазерный диод с длиной волны излучения 1.3 мкм. Анализ полученных экспериментально спектрограмм оптического спектра генерации КЛД для разных токов смещения показал, что при превышениях порогового тока смещения примерно в два раза, оптическая генерация КЛД является многочастотной. Из экспериментальных и теоретических исследований зависимостей ФЧХ, АЧХ КЛД при разных токах накачки сделан вывод , что крутизна фазовых сдвигов в ФЧХ за счет малых вариаций тока смещения КЛД при токах больше 60 мА на два порядка меньше, чем при токах смещения 20-35 мА. При этом при рабочих токах смещения КЛД больше бОмА, вариации радиочастоты генерации ОАГ за счет малых изменений токов смещения снижаются на два порядка. Сделанные выводы из теоретического и экспериментального исследования характеристик КЛД использованы в качестве рекомендаций по выбору параметров и режимов экспериментального образца ОАГ на базе КЛД. Исследование ФЧХ и АЧХ КЛД дали возможность расчета зависимости частоты генерации от тока смещения КЛД.

В главе 3 рассмотрены оптические способы управления частотой автоколебаний ОАГ с использованием в дифференциальных ВОЛЗ направленных ответвителей Y- и X - типов.

При рассмотрении способов управление частотой ОАГ путем изменений параметров ВОС был проведен теоретический анализ и реализованы экспериментально схемы ОАГ с управляемыми ВОС на основе волоконно-оптических направленных ответвителей Y - и Х- типов при изменении коэффициентов возбуждения А и В световодов ВС] и ВС2 в дифференциальной ВОС. В результате теоретического анализа получены приближенные выражения для частоты стационарных колебаний в системе ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ с направленными оптическими ответвителями Y-типа и X типов. Показано, что при использовании в ДВОС НО Х-типа существует зависимость коэффициента оптической связи Ссд от оптической частоты излучения МИС КЛД Ссо =С0 (1+Cj vj, в котором Со и С} -вещественные коэффициенты, зависящие от показателей преломлений материала световодов, граничной среды и их геометрических размеров. Поэтому в ОАГ с дифференциальной ВОС и НО Х-типа реализуется управление радиочастотой генерации при изменении оптической частоты КЛД у,.

В результате исследования зависимостей частоты и амплитуды генерации ОАГ при вариации параметров ВОС получены новые, ранее неизвестные в литературе, закономерности изменения частоты в ОАГ (линейный -при использовании НО Y-типа и вариации коэффициентов возбуждения в одном оптическом канале, квазилинейный- при использовании НО Yrana и вариации коэффициентов возбуждения в двух оптических каналах, и периодический sin(CecZ) (при использовании НО X-типа посредством продольной оптической связи). Рассмотренные методы управления частотой ОАГ являются новыми, ранее нерассмотренными в литературе, и расширяют сферу применения ОАГ, На новые устройства, использующие в своей основе данные методы перестройки частотой ОАГ оформлены авторские свидетельства и патенты.

В главе 4 дается описание экспериментальных исследований ОАГ ВОЛЗ в ВЧ и СВЧ диапазонах , а также результаты исследований влияния на частоту генерации тока смещения лазерного диода при малых и больших превышения накачки над пороговым значение. Особое место занимают описания результатов и их обсуждение экспериментальных исследований лазерного диода в ВЧ диапазоне. Из экспериментальных исследований разработанных на базе ОАГ ВОЛЗ функциональных преобразователей (ФП) физических величин (электрических тока и напряжения) сделаны выводы по их использованию в энергетических системах. Описаны экспериментальные исследования ОАГ с дифференциальными ВОС на базе двух световодов разной длины и направленных ответвителей (HO)Y - и Х-типа. Впервые в ОАГ с НО Х-типа были измерены периодические зависимости частоты сигнала генерации при перестройки частоты оптическим методом . Показано, что экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретическими расчетами , проведенными в третьей главе. Экспериментально реализованы схемы управляемых по частоте ОАГ ВОЛЗ током смещения КЛД в СВЧ и ВЧ диапазонах на частотах 8-12 ГГц и 5- 50 МГц, соответственно. Экспериментально показывается, что при больших превышениях тока смещения 1СМ =60-75 мА (.1СМ /1СМП0р =5-8) над пороговым значением 1СМпоР крутизна изменений частоты генерации ОАГ от тока смещения КЛД уменьшается в 30- 100 раз ( чем при малых токах смещения) и составляет менее 10кГц/мА для средних частот генерации ОАГ 8-12 ГГц.

В Заключении подводится итог проделанной работы. После анализа системы ОАГ, проведенного в данной работе, сформулированы выводы.

В конце работы представлен список использованной литературы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате теоретического исследования , проведенного в главе 1 , схемы ОАГ с дифференциальной составной ВОС получены следующие выводы. Впервые получены уравнения баланса фаз и амплитуд ОАГ с дифференциальной составной ВОС с учетом управляющих токов и оптической частоты.

Эти уравнения позволили получить выражения для частоты и амплитуды генерации ОАГ в стационарном режиме и получить основные зависимости частоты и амплитуды при различных изменениях параметров , а также проанализировать новые виды управления частотой генерации.

Показано, что в схеме ОАГ с составной дифференциальной ВОС (двумя или несколькими ВС разной длины) возможно производить управление частотой генерации ОАГ с помощью изменений постоянного тока КЛД , а также производить новые виды управления частотой генерации ОАГ в его оптической части . При этом частота генерации ОАГ управляется при изменении коэффициентов возбуждения световодов в ВОС, а также при изменении оптической частоты источника излучения КЛД . Помимо этих новых видов управления частотой ОАГ возможны традиционные для автогенераторов виды управления частотой генерации в электронной части с помощью перестройки собственной частоты радиочастотного фильтра и постоянной времени электронного усилителя .

Для исследования динамических характеристик ОАГ и зависимостей частоты и амплитуды генерации ОАГ от времени выведены для ОАГ с дифференциальной ВОЛЗ на базе двух ВС разной длины дифференциальные уравнения с запаздыванием (ДУЗ ). В данных дифференциальных уравнениях учтен параметр оптической частоты vM модулированного источника света КЛД. Этот учет производится в коэффициенте показателя преломления материала N(Vj) световедущей жилы световодов зависящего от оптической частоты у, , а также в зависимых от оптической частоты , в частых случаях, коэффициентов возбуждения А и В при использовании в

ВОС НО Y -типа , и зависимого от оптической частоты ,в общем случае, коэффициента оптической связи Ссв при использовании в ВОС НО Х-типа. Учет в дифференциальных уравнениях оптической частоты ул позволяет находить решения для амплитуды, фазы и радиочастоты /г генерации автоколебаний ,с одной стороны, при введении в ВОС различных перестраиваемых оптических фильтров, селекторов и элементов. С другой стороны, учет v/t) позволяет определять быстрые вариации радиочастоты генерации ОАГ СВОЛЗ при зависимости оптической частоты vn(t) модулируемого источника света от времени, например, по синусоидальному закону.

Крутизна зависимости частоты генерации ОАГ от тока смещения в СВЧ диапазоне (8-12 ГГц) при малых превышениях тока смещения над пороговым значением 1.5-3 составляет примерно (10-30) пс/(мА Т6С), а при больших превышениях тока смещения над пороговым значением 5-8 составляет примерно (1-3) пс/(мА Тсс) . Расчетная зависимость частоты генерации ОАГ от тока смещения в СВЧ диапазоне хорошо аппроксимируется выражением /г(1 см )=/ о (Тлд /Твс )(/ CJ1 пор - 1)'ш и определяется отношением запаздывания сигнала огибающей в ЛД к запаздыванию в ВС.

Зависимость частоты генерации ОАГ при токах смещения выше порогового значения является монотонно возрастающей при возрастании тока накачки 1СМ в диапазоне значений токов от 1пор до 2 1пор,. Главным фактором определяющим рост монотонной зависимости частоты генерации от тока смещения становится скорость достижения концентрации носителей на верхнем уровне до порогового значения , которая пряма связана с уровнем превышения накачки над порогом .

Расчетные значения средней крутизны наклона Sf зависимости частоты генерации от тока смещения /г (1СМ) ( при равных отстройках j/^ -Inop| от порогового значения 1пор)в областях изменений тока выше и ниже порогового значения приблизительно равны для ОАГ ВОЛЗ с ЛД составили приблизительно S/ = A fe /Л1СМ = 15 кГц /мА и изменялись при увеличении тока смещения. При переходе тока смещения из «области изменений токов ниже порогового значения» в «область изменений токов выше порогового значения» знак ( полярность) крутизны наклона S/ = А /г /А1СМ изменяется. Крутизна наклона S/= А /г /А1СМ является максимальной для значений токов близких к пороговому значению.

На основании расчета и экспериментального изучения АЧХ и ФЧХ квантоворазмерного мезаполоскового лазерного диода можно сделать заключение, что появление наряду с основной модой других оптических мод при больших токах накачки не искажает качественно АЧХ и ФЧХ в области частот от 5 до 12 ГГц. Небольшие немонотоности в АЧХ и ФЧХ на уровне 12 дБ и 2-4 градуса (соответственно для амплитуды и фазы радиочастотного сигнала ) проявляются в области существования резких резонансных « пиков» от 1 до 5 ГГц. Наблюдаемые в эксперименте немонотонности в АЧХ на уровне 1-3 дБ в области частот 5-12 ГГц связаны с элементами согласования СВЧ трактов.

Впервые проведены экспериментальные испытания ФП электрического напряжения на основе ОАГ СВОЛЗ. Измерения его основных характеристик показывает целесообразность его использования при измерении электрических напряжениях больших и малых величин в труднодоступных местах с сильными внешними паразитными электромагнитными полями. В ОАГ ФП электрического тока были измерены максимальные отклонения частоты генерации ОАГ . Они составили Д/= 5,0 + 10,0 кГц при изменении амплитуде переменного электрического тока 1С = 750 - 1500 А.

В ОАГ ФП электрического тока были измерены максимальные отклонения частоты генерации ОАГ . Они составили Д/= 5,0 10,0 кГц при изменении амплитуде переменного электрического тока /с = 750 - 1500 А.

Сделано общее заключение о перспективности использования КЛД в качестве МИС в ОАГ в СВЧ диапазоне на частотах генерации 8- 15 ГГц.

Предложено использовать ОАГ ВОЛЗ СВЧ /КВЧ диапазона в бортовых и наземных РЛС и РОЛС.

Таким образом , на основании изложенного сформулируем краткие выводы по работе .

1.Управление частотой в ОАГ с дифференциальных составной ВОС в диапазоне 0-12 ГГц можно проводить оптическими методами - с использованием НО Y- и Х-типов; и электронными методами -при изменении тока накачки КЛД. При этом относительный диапазон частот перестройки составляет примерно 1-10 % при коэффициенте нелинейных искажений не более 2-3%.

2. Проведенный анализ на основе УДУ с ЗОС позволил выявить новые закономерности зависимостей перестройки частоты от управляющих параметров : линейную , квазилинейную(для НО Y-типа) и периодическую(для НО Хтипа). Сделан вывод ,что время установления tycm частоты сигнала генерации в ОАГ при электронном или оптическом управлении параметрами фильтра РФ , током смещения КЛД или изменения параметров НО Y- и Х- типов ВОС составляет примерно 0.5 — 50 мкс и кратно по величине времени задержки в ВОС Тсс, т.е. tycm =(2- 10) Твс.

3. Анализ ОАГ с дифференциальной ВОС с НО Х-типа выявили новый вид управления радиочастотой ОАГ при изменении оптической частоты МИС - КЛД. Предложено использовать данный вид управления в ОАГ в системах стабилизации оптической частоты лазеров, в функциональных преобразователях , в дистанционных системах «скрытого» управления радиочастотой АГ и др.

4. Проведенные исследования ФЧХ и АЧХ КЛД в диапазоне частот до 12 ГГц при токах накачки КЛД от 10 до 80 мА определили допустимый рабочий диапазон токов смещения КЛД - 60-75 мА , при котором достигаются минимальные уходы частоты ОАГ от малых вариаций тока смещения. Проведенные исследования дали возможность сделать рекомендации выбора режимов работы КЛД при использовании их для построения управляемых стабилизированных волоконно-оптических линий задержек СВЧ сигнала поднесущей , содержащих НО Y — и X —типа ,с временами запаздывания от 0,01мкс до 100 мкс .

5.Показано ,что в диапазоне СВЧ 1— 12 ГГц потенциальная долговременная нестабильность частоты ОАГ составляет 10 -,0 - Ю'и .что обусловлено высокими показателями кварц-кварцевого малодисперсионного световода и термостатированием твердотельных элементов волоконно-оптической ЛЗ - КЛД, ФД.

6.На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований ОАГ и его элементов (КЛД, ВОС) на частотах до 12 ГТц сделаны рекомендации по созданию управляемых по частоте ОАГ СВЧ диапазона для построения специальных опорных автогенераторов, имеющих два выхода - электронный и оптический . Предложено использовать ОАГ в специальных узлах оптических и электронных РЛС , ВОЛС и в функциональных преобразователей физических величин. .

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

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

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

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

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

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

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

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

9. Козловский К.Н., Пешехонов С.П. Автогенератор с запаздыванием // 4.1. -НДШВ, Радиотехника и электроника. 1959. - №2. - С.138-151.

10. Козловский К.Н., Пешехонов С.П. Автогенератор с запаздыванием // 4.2. -Изв. вузов СССР. Сер. Радиотехника. 1960. - №4. - С.453-462.

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

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

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

14. Белюстина JI.H. О возбуждении автоколебаний в нелинейной системе фазовой автоподстройки частоты с запаздывающим аргументом // Изв. вузов MB и ССО СССР. Сер. Радиофизика. 1960. -т.З. - №5. - С. 909-911.

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

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

17. Несинусоидальные режимы генератора на основе многочастотного резонатора поверхностных акустических волн // Радиотехника и электроника. — 1985. -т.ЗО. №3. - С. 604-611.

18. Дворников А.А., Ковалёв С.С. Воздействие слабомодулированного колебания на ПАВ генератор // Вопросы теории и практического использования поверхностных акустических волн: Межведомственный тематический сборник / Моск. энерг. Ин-т. 1983.-вып. 22.-С.55-61.

19. Дихтярь В.Б., Кислов В.Я. расчет колебаний автогенераторов с внешней запаздывающей обратной связью временным методом // Радиотехника и электроника. 1977.-Т.23.-№ 10. - С. 2141-2147

20. Дворников А.А., Огурцов В.И., Уткин Г.М. К теории синхронизированного автогенератора на акустических поверхностных волнах // Радиотехника и электроника. 1981.-Т.26.-№ 11.-С. 2321-2327.

21. Дворников А.А., Огурцов В.И., Уткин Г.М. К теории автогенераторов с линией задержки на акустических поверхностных волнах в цепи обратной связи // Радиотехника и электроника. 1979. - Т.24. - № 12. - С. 2511-2520.

22. Дворников А.А., Огурцов В.И., Уткин Г.М. Стабильные генераторы с фильтрами на поверхностных акустических волнах. — М.: Радио и связь, 1983. -136 с.

23. Радиовещательные устройства: Учебник для вузов / П.А.Белов, М.В.Благовещенский, В.М.Богачев и др., Под ред. М.В. Благовещенского, Г.М. Уткина. М.: Радио и связь, 1982. -408 е.

24. Уткин Г.М. Автоколебательные системы и волновые усилители. М.: Советское радио, 1978. —272 е.

25. Уткин Г.М. Автоколебательные системы с одной и двумя степенями свободы. М.: Изд. МЭИ, 1980. -54 с.

26. Богачёв В.М., Смольский С.М. Исследование автоколебательных систем методом символических укороченных уравнений: Учеб. пособие длявузов по курсу « Теория колебаний». -М.: Изд. МЭИ, 1980. -95 е.

27. Капранов М.В., Кулешов В.И., Уткин Г.М. Теория колебаний в радиотехнике. М.: Наука, 1984 г. - 320 с.

28. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Советское радио, 1977.-608 е.

29. Котельников В.А., Николаев A.M. Основы радиотехники. — М.: Связьиздат, 1954.

30. Рябов Ю.А. Об аппроксимации решений нелинейных дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом // Тр. семинара по теории диф. уравн. с откл. арг. -1965. -№3. -С. 165-185.

31. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных сотрудников и инженеров. Пер. с англ. - М.: Наука, 1977. -831 е.

32. Васильева А.Б. Асимптоматика решений дифференциально разностных уравнений в случае малого отклонения аргумента // вычислительная математика и математическая физика. — 1962. - №2. — С. 768-786.

33. Карташёв В.Г. Основы теории дискретных аналогов и цифровых фильтров: Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1982. -109 е.

34. Карташёв А.П., Рождественский Б.Л. Обыкновенные дифференциальные уравнения и основы вариационного исчисления. М.: Наука, 1979. 288 с.

35. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ: Практич. рук. Пер. с англ. -М.: Мир, 1982. 238 с.

36. Мак-Кракен Д.Д., Дорн У.С.Численные методы и программирование на ФОРТРАНЕ: Изд. 2-е. Пер. с англ. -М.: Мир, 1970. 235 е.

37. Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров: Изд. 2-е. Пер. с англ. -М.: Мир, 1977 ,451 е.

38. Бригэм О. Быстрое преобразование Фурье 1 -ВЦП. №1360. — М., 64 е.

39. Огурцов В.И. О внешней синхронизации автогенератора с линией задержки на акустических поверхностных волнах // Тр./ Моск. энерг. ин-т. — 1979. — Вып. 431.-С, 42-46.

40. Дворников А.А., Огурцов В.И., Уткин Г.М. Автогенератор на линии задержки акустических поверхностных волн с внешней синхронизацией // Тр./ Моск. энерг. ин-т. 1980. - Вып. 455. - С. 66-72.

41. Бабкина Т.В., Григорьянц В.В., Смирнов В.Б. частотно-импульсные характеристики волоконных световодов. // Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. -М.: ВИНИТИ,1982. т. 29. С. 3-46.

42. Нефёдов И.Е., Шевченко В.В. Передаточные характеристики многомодовых волоконных световодов. Теория./ Радиотехника и электроника 1985. -30, №1. -С. 34-40.

43. Нефёдов И.Е., Шевченко В.В. Передаточные характеристики многомодовых волоконных световодов. Примеры./ Радиотехника и электрон. 1985. -30, №2. -С. 251-258.

44. Григорьянц В.В., Дворников А.А., Ильин Ю.Б. и др. Генерация радиосигналов в системе « лазер оптическая линия задержки».// Квантовая электроника -1984. -11, №4. - С.766-775.

45. Дворников А.А., Ильин Ю.Б., Константинов В.Н. Об одночастотных режимах автогенератора с волоконно-оптической линией задержки в цепи обратной связи.// Радиотехника и электроника. 1984. -29, №11. —С. 2234-2242.

46. Скляров O.K. Волоконно-оптическая линия задержки: А.С. №1205095 СССР. Заявл. 15.08.84 №3781819/24-10. опуб. в Б.Н.,1986, №2, МКИ С 02 В 6/36.

47. Беловолов М.И., Дианов Е.М., Карпов В.И. Запоминающие устройства наволоконных световодах.// Тр. ИОФАН. -1987.-5.-С.114-125.

48. Гуляев Ю.В., Дмитриенко В.В., Львова М.В. Волоконно-оптический элемент хранения информации.// Письма в ЖТФ. -1986. -12, №6. -С. 350-354.

49. Парыгин В.Н., Гассеб X. К теории генератора с оптической линией задержки.// Весн. МГУ. Сер. Физика, астрономия. -1975. -16, №6. -С.659-665.

50. Бабкина Т.В., Григорьянц В.В., Ильин Ю.Б. и др. ВОЛС, замкнутая в кольце, как волоконно-оптический датчик с частотной индикацией воздействия.// В сб.: 12 Всес. конф. по когерентной и нелинейной оптике. Тезисы докладов. -М., 1985.-С. 462-463.

51. Григорьянц В.В., Ильин Ю.Б., Константинов В.Н., Прокофьев В.А. Параметрическая стабильность автомодуляционных колебаний автогенератора с волоконно-оптической линией задержки ».// Квантовая электроника -1986. -10, №5. С.566-575.

52. Sang-Shin L., Sean М. Garener, Chuyanov V. Optical intensity modulator based on a novel electrooptic polymer incorporating a high |if3 chromophore. // IEEE Journal of quantum electronics. May 2000.-№ 5.- vol.36.-P/ 347-355

53. Cohen D.A., Levi A.F.J. Microphotonic components for a mm-wave receiver.// Solid-State Electronics.-2001-№ 45-P.495-505.

54. Seeds Alwyn J. Microwavephotonics.// IEEE Transactions on microwave theory and techniques.-2002.-№ 3,-vol.50.-P. 445-461.

55. Cohen D.A., Hossein-Zadeh M., Levi A.F.J. High-Q microphotonic electro-optic modulator.// Solid-State Electronics.-2001-№ 45-P.1577-1589.

56. Grigor'yants V.V., II'in YU.B. Laser optical fibre heterodyne interferometer with frequency indicating of the phase shift of a light signal in an optical waveguide.// Optical and quantum electronics.-1989.-№ 21.-P.423-427.

57. Langley L.N., Elkin M.D., Edge C. Packaged semiconductor laser optial phase-locked loop (OPLL) for photonic generation, processing and transmission of microwave signals.// IEEE Transactions on microwave theory and techniques.-1999.-№ 7.-vol.47.P.93-99

58. McNeilage C., Ivanov E.N., Stockwell P.R., Searls J.H.// IEEE Frequency control symposium.-1998.-vol. 10., P.347-352

59. Ilchenko V., Kossakovski D., Solomatine I., Eliyahu D. Electrooptically tunable photonic microresonators and photonic bandgap waveguide coupling for micro-optoelectronic oscillators.// Conference «GOMACTechnology».- 2003,- P.541-547

60. Huang S., Tu M., Yao S., Maleki L. A "Turnkey" optoelectronic oscillator with low acceleration sensitivity.// IEEE/EIA Int. Frequency Control Symposium.-2000.-P.269-271

61. Ougazzaden A., Lentz C.W.and other. 40Gb/s tandem electro-absorption modulator.// IEEE Photonics technology letters.-l999.-№ 2.-vol. 11 .-P.451 -455

62. Ilchenko V.S.,and et. Coupling light from a high-Q microsphere resonstor using a UV-induced surface grating// Physics Review ,vol.A57, -2000,-P.R2293.

63. Kanter G.S., Capofreddi P., Behtash S., Gandhi A. Electronic equalization for extending the reach of electro-absorption modulator based transponders.// Optical Society of America.№3—2000,- P.97-98.

64. Steve Yao X., Maleki L. Dual microwave and optical oscillator.// Optics Letters.-1997.-№> 24.-vol.22.,-P.57-59

65. Yu Ji, Steve Yao X., Maleki L. Ultra low phase noise compact-sized optoelectronic oscillator.// Jet Propulsion Laboratory. Optics Letters.-2001 .-№ 2.-vol.22.,-P.37-45

66. Lau K.Y., Yariv A. Self-sustained picosecond pulse generation in a GaAlAs laser at an electrically tunable repetition rate by optoelectronic feedback.// Applied Physics Letters.-1984.-№ 45.-vol.15, -P.23-29

67. Peng X., Song F., Jiang S.and other. Fiber-taper-coupled L-band Er3+-doped tellurite glass microsphere laser.// Applied Physics Letters.-2003.-№ 10.-vol.82.,-P.45-47

68. Chen D., Bhattacharya D., Tsap В., Fetterman H.R. High-Frequency polymer modulators with integrated finline transitions and low V-ti . // IEEE Photonics technology letters.-l999.-№ l.-vol.l l.,-P.57-59

69. Stockwell P., McNeilage C., Mossammaparast M., Green D.M. 3-Axis vibration performance of a compact sapphire microwave oscillator.// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.-2002 .-№ 8.-vol.46.,-P.199-123

70. Yao X.Steve. Brillouin selective sideband amplification of microwave photonic signals.// IEEE Photonics technology letters.-1998.-№ l.-vol.l0.,-P.43-49

71. Arft C., Yankelevich D.R., Knoesen A. In-line fiber evanescent field electrooptic modulators.// Journal of Nonlinear Optical Physics & Materials.-2000.-№ 1 .-vol.9.,-P.67-72

72. Donval A., Toussaere E., Hierle R., Zyss J. Polarization insensitive electrooptic polymer modulator.//Journal of Applied Physics.-2002.-№ 8.-vol.89.p.203-212

73. Steve Yao X., Maleki L.Dual microwave and optical oscillator.// Optics Letters.-1997.-№ 24.-vol.22.,-P.37-46

74. Fetterman H.R., Ali M.E., Bhattacharya D. Epitaxial lift-off attachment technologies for high frequency power hemts.// Final report 1997-1998 for MICRO Project, -P.97-146.

75. Shen P., Davies P.A. Millimetre wave generation using an optical comb generator with optical phase-locked loops.// ALMA memo.-2002.-№ 439,-P.236-239.

76. Ribeiro K.L., Ivanov E.N., Blair D.G. Improvements in the noise floor of the gravitational wave antenna niobe.// Meas. Sci. Technol.-1998.-P.1273-1279

77. Woode R.A., Ivanov E.N.,. Tobar M.E. Application of the interferometric noise measurement technique for the study of intrinsic fluctuations in microwave isolators.// Meas. Sci. Technol.-1998.-P. 1593-1599.

78. Hwang Wol-Yon, Kim Jang-Joo. Polymeric optical intensity modulator optimized in quasi-single mode operation.// Applied Physics Letters.-1996.-№ 69.-vol.ll.,-P.98-101

79. Shimotsu S., Oikawa S., Mitsugi N. Development of millimeter-wave optical modulators.// Technical report.-1999.-№ 5.-vol.40.,P.235-242

80. Ohman F., Bischoff S., Tromborg В., Mork J. Noise and regeneration in semiconductor waveguides with saturable gain and absorption.// IEEE Journal of Quantum Electronics.-2004.-№ 3.-vol.40.,P. 131-137

81. Mossammaparast M., C.McNeilage, P.Stockwell, J.H.Searls, M.E.Suddaby. Low phase noise division from X-band 640 MHz.// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.-2001.-№ 6.-vol.41.,P.9-15

82. Oh I., Yegnanarayanan S., Jalali В. High-Resolution microwave phonon spectroscopy of dispersion-shifted fiber.// IEEE Photonics Technology Letters.-2002.-№3.-vol.l4.,P.89-97

83. Shi Y., Zhang Ch., Zhang H., Bechtel J.H., Dalton L.R., Robinson B.H.// Low (sub-1-volt) halfwave voltage polymeric electro-optic modulators achieved by controlling chromophore shape.// Science.-2000.-№ 7.-voI.288.,P.99-124

84. Grigor'yants V.V., Dvornikov A.A., Il'in Yu.B., Konstantinov V.N.// A laser diode with feedback using a fibre delay line as a stable-frequency signal generator and potential fibre sensor.// Optical and Quantum Electronics.-1985.- № 17.-P.263-267.

85. Ilchenko V.S., Gorodetsky M.L., Yao X.Steve, Maleki L. Microtorus: a high finesse microcavity with whispering-gallery modes.// IEEE Photonics Technology Letters.-2003.-№ 2.-vol. 15.,P. 189-197

86. Wang C.H., Woodford J.N., Zhang C., Dalton L.R. Resonant and nonresonant hyper-Rayleigh scattering of charge-transfer chromophores.// Journal of Applied Physics.-2001.-JV2 8.-vol.89.,P.76-79

87. Егоров B.H., Воловиков А.С.Измерение тензора диэлектрической проницаемости сапфира при температуре от 93 до 343 К.// Известия вузов. Радиофизика.-2001 .-№ 11.- t.XLIV.,C.45-49

88. Dick G.J., Santiago D.G., Wang R.T. Temperature compensated sapphire resonator for ultra-stable oscillator capability at temperatures above 77 kelvin.// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.-2000.-№ 7.-vol.42.,P. 19-25

89. Dick G.J., Wang R.T. Stability and phase noise tests of two cryo-cooled sapphire oscillators.// TMO Progress Report, -1999,v.42-1542.P.34-45

90. Dick G.J., Wang R.T. Design of a cryocooled sapphire oscillator for the cassini

91. Ka-Band experiment.// TMO Progress Report 42-134.-1998.,P. 176-189

92. Yao X.Steve, Huang Sh., Maleki L. Optical Pulse Synthesis using Brillouin selective sideband amplification.// Optical and Quantum Electronics.-1999.- № 15.-P.163-167.

93. Goano M., Bertazzi F., Caravelli P., Ghione G. A General conformal-mapping approach to the optimum electrode design of coplanar waveguides with arbitrary cross section.// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.-2001.-№ 9.-vol.49.,P.99-121

94. Shima K., Mitsugi N., Nagata H. Surface precipitates on single crystal LiNb03 after CHF3 plasma.// Journal of Materials Research.-1998.-№ 3.-vol.l3.,P.59-65

95. Lee H.-M., Hwang W.-Y., Oh M.-Ch., Kim J.-J. High performance electro-optic polymer waveguide device.// Applied Physics Letters.-1997.-№ 26.-vol.71.,P.42-48

96. Bach L., W.Kaizer and et.// Enhanced direct -modulated bandwidth of 37 GHz by a multi-section laser with a coupled-cavity-injection-grating design// Electronic Letters 30th October 2003, Vol.39 ,№22 ,P.31-32

97. Leaf A.Jiang , Matthew E. Grein and et. // Ultra low noise semiconductor mode locked lasers for OTDM applifications//OFC-2001 ,2001,P. 1-3

98. Dongsoo Bang , Jongin Shim and et. High-Temperature and high-speed operation of a 1.3 mkm uncooled InGaAsP-InP DFB laser// IEEE Photonics technology letters,vol.l4,№9 , September 2002 ,P.1240-1242.

99. KrestenYvind , David Larson , and et. // Low-jitter and high power 40 GHz all active mode locked lasers- IEEE Photonics technology letters,vol.l6,№4 ,April, 2004 ,P.975-977.

100. Иванов A.B., Курносов В.Д., Курносов K.B. и др. Влияние паразитных элементов мезаполоскового лазера на его амплитудно-частотную характеристику.-Квантовая электроника 33, №5(2003), С.425-429

101. Курносов В.Д., Курносов К. В., Чернов Р.В. Амплитудно-частотная характеристика мезаполоскового кванторазмерного лазера .- Квантовая электроника 32, 303,2002г.,С.341-347

102. БратчиковА.Н., Воскресенский Д.И. , Садеков Т.А. Теоретические и экспериментальные результаты исследования фазостабильного волоконногоканала с удаленным гетеродинированием // Сб. Антенны,2000, №3 (46) ,С.5-16

103. Tsai C.Y., Shih F.P., Sung T.L., Wu T.Y., Chen C.H., High-speed operation uncooled DFB laser// IEEE J. Quantum Electron., 33, 2084, 1997. ,P.98-109106.bin G, Chuang S.L.// IEEE J. Quantum Electron., 37, 1283, 2001. ,P.55-59

104. Унгер Х.-Г- Планарные и волоконные оптические волоноводы,-Мир, Москва, 1980г.,656 с.

105. Семенов Н.А.-Оптические кабели связи. Теория и расчет.-Радиои связь, Москва, 1981г., 151с.

106. Шатров А.Д. Статистика лучей в многомодовых нерегулярных оптических волокнах . «Изв.вузов.Радиофизика»,1977, 20,№8,С.1153-1164.

107. Шатров А.Д. Распространение света в нерегулярном фокусирующем волокне со случайной азимутальной симметрией. «Радиотехника и электроника», 1979,24,№4,С.663-667.

108. Беланов А.С., Григорьянц В.В., Потапов В.Т., Шатров А.Д.-Передача оптических сигналов по световодам,-В сборнике Итоги науки и техники ,серия Радиотехника,томЗО, Москва, 1984г.,С.3-90

109. Елисеев П.Т., Введение в физику инжекционных лазеров.-Главная ред.Физ.мат.литературы.-«Наука»-Москва,1983г.,С.294

110. Григорьянц В.В., Ильин Ю.Б., Константинов В.Н.- Формирование и обработка сигналов в устройствах на основе волоконных световодов,-в сборнике Итоги науки и техники ,серия Связь,том 1, Москва, 1988г., С. 115-161107.А.А.

111. Борцов А.А. Управление частотой в лазерном автогенераторе с составной волоконно-оптической линией задержки. -Сборник докладов научно-техническая конференции «Лазерные системы и их применение»,. 12-15 марта 2004 г -г. Кострома, 2004 г.-С.35-38.

112. Борцов А.А., Ильин Ю.Б. Новый малошумящий генератор СВЧ с подкачкой квантово-размерным лазерным диодом. — Сборник докладов II Научно-техническая конференция «Радиооптические технологии в приборостроении», г. Сочи, 2004 г.,С.80-83.

113. Борцов А.А., Ильин Ю.Б. Разностный опто-электронный автогенератор СВЧ с крайне низким уровнем фазовых шумов. Сборник докладов II Научно-техническая конференция «Радиооптические технологии в приборостроении», г. Сочи, 2004 г.,С.84-86.

114. Борцов А.А., Григорьянц В.В., Ильин Ю.Б., Константинов В.Н. Передаточная функция составной волоконно-оптической линии задержки -Радиотехника, № 8, 1988 г.,С.8-10.

115. Борцов А.А., Григорьянц В.В., Ильин Ю.Б. Перестройка частоты автогенератора с волоконно-оптической линией задержки. Радиотехника, № 3, 1989г.,С.68-70

116. Борцов А.А., Григорьянц В.В., Ильин Ю.Б. Влияние эффективности возбуждения световодов на частоту автогенератора с дифференциальной волоконно-оптической линией задержки. Радиотехника, № 7, 1989 г. ,С. 84-89.

117. Борцов А.А., Ильин Ю.Б. и др., Авторское свидетельство №1538265, МКИ Н 03 К 9/00А -Устройство функционального преобразования в частоту., ,9с.— С.Б. 1988г.,№7

118. Белов Л.А., Борцов А.А.и др. Авторское свидетельство №1506508 МКИ Н ОЗС 3/00-Формирователь частотно-модулируемых сигналов.-8 с.-С.Б.1988г.№4

119. Бабкина Т.В., Борцов А.А. и др. Авторское свидетельство №1485750

120. МКИ Н 03 К 9/00А Волоконно- оптический датчик физических величин.—С.Б .1 989г., №3

121. Борцов А.А., Григорьянц В.В. и др. «Частотные и фазовые характеристики автогенератора с волоконно-оптической линией задержки»Сборник «Стабилизация частоты», М. 1986г. ,С. 63 -67.

122. Борцов А.А., Ильин Ю.Б., Константинов В.Н. « Расчет квазистационарного режима импульсных твердотельных оптических квантовых генераторов» , -Труды МЭИ, Выпуск №579, 1982 г.,С.86-90

123. Борцов А.А. «Управление частотой генерации в лазерном автогенераторе с волоконно-оптической линией задержки» Радиотехника, № 9(после рецензирования в печати).,2005г ,10 стр.

124. Борцов А.А. «Фазо-частотная и амплитудно-частотная характеристики квантово-размерного лазерного диода с полосой частот модуляции до 12 ГГц.» -Радиотехника №11,2005г. (после рецензирования в печати)12с.

125. Борцов А.А., Ильин Ю.Б. -Патент на полезную модель по заявке №2004134383 «Формирователь частотно-модулированного сигнала» (положительное решение ), Приоритет 10.11. 2004г.-14с.

126. Борцов А. А., Ильин Ю.Б. -Патент на изобретение по заявке №2004134495 «Формирователь частотно-модулированного сигнала» , Приоритет 01.12. 2004г.,-11с.

127. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи .-М.:Радио и связь ,2000г. ,403с.