Квантовый оптоэлектронный генератор - [3]

Из зарубежных ученых в области экспериментальных исследований оптоэлектронного генератора ОАГ необходимо отметить публикации таких исследователей, как Наказава М. (Япония, 1982г.), Ярив А. (Калтех,1983г.), Малеки Л. (Калтех,1996г.), Стив Яо (Калтех,1996г.), Шумахер (Израиль,2005), Чен Ли (Республика Корея, 2008). Пионерскими теоретическими и экспериментальными исследованиями представляются работы отечественной российской «квантовой» группы МЭИ в составе Ильина Ю. Б., Константинова В. Н. и Борцова А. А., которые были выполнены в 1981—1993 гг. под научным руководством проф. д.ф.-м. н. Григорьянца В. В. (МЭИ и ИРЭ РАН) [51,52,57,114—122]. В этих работах проведён анализ ОЭГ с ВОЛЗ, который в этих работах назывался лазерным автогенератором с ВОЛЗ или ЛАГ ВОЛЗ. Анализ оптоэлектронного генератора был проведен в предположении малого запаса по самовозбуждению и получены обыкновенные дифференциальные уравнения автономного ОЭГ с одиночным оптическим волокном (ОВ) в ВОЛЗ и были сформулированы основные концепции построения ОЭГ, как стабилизированного автогенератора на основе протяженного оптического волокна (ОВ). Одним из принципиально новых утверждений этой российской квантовой группы (и актуальными на сегодня) являлось доказанное положение, что малошумящий ОАГ может работать без радиочастотного усилителя. Этой квантовой группой с непосредственным участием автора настоящей диссертации, были впервые проведены теоретические и экспериментальные исследования ОЭГ и опубликованы работы [51,52,57,114—122] об использовании в таком генераторе составных (на базе нескольких оптических волокон), дифференциальных ВОЛЗ и рециркулярных (нерекурсивных и рекурсивных) ВОЛЗ. Были разработаны новые способы управления частотой ОЭГ и доказано, что использование ВОЛЗ приводит к уменьшению кратковременной и долговременной нестабильности частоты ОЭГ [114—118].

На современном этапе ведутся интенсивные исследования за рубежом по созданию сверхкомпактного малошумящего генератора на базе ОЭГ с ВОЛЗ, предназначенного для бортового применения в малогабаритных БПЛА и других системах передачи информации. Построение сверхмалошумящих СВЧ автогенераторов на основе ОЭГ в различных областях техники, в вооружениях и военной специальной технике настоятельно требует ответа на многие вопросы. К ним можно отнести, в первую очередь, следующие. Какие должны быть в малошумящем ОЭГ по величине фазовые шумы КЛД? Какая должна быть в малошумящем ОЭГ по величине ширина спектральной линии и мощность КЛД? Какова взаимосвязь оптических фазовых шумов лазера и радиочастотных фазовых шумов ОАГ, какие способы управления частотой необходимо применять в ОЭГ с ВОЛЗ, как влияет температура оптического волокна ВОЛЗ на уходы частоты автоколебаний в ОЭГ, какова должна быть геометрическая длина оптического волокна и многие другие.

Имеющиеся к настоящему моменту перечисленные теоретические работы не отвечают на вопросы, касающиеся ОЭГ, так как в этих работах авторы ограничивались изучением модели ОЭГ в виде кольцевой автоколебательной системы с бездисперсионным звеном запаздывания в петле положительной обратной связи, роль которого в рамках этой модели выполняет ВОЛЗ. Лазер в такой модели не рассматривался как самостоятельный источник оптических колебаний со своими амплитудными и фазовыми шумами, а представлялся линейным идеальным пассивным элементом.

В настоящий момент отсутствует сравнение ОЭГ по техническим характеристикам с другими генераторами, не проанализированы основные достоинства такого генератора. Не проведено теоретическое и экспериментальное исследование схем ОЭГ с прямой и внешней модуляцией КЛД с учетом шумов лазера.

Выше сказанное позволяет следующим образом сформулировать цель данной работы.

Целью диссертационной работы является целенаправленный анализ и решение ряда теоретических и практических проблем, включая математическое моделирование и экспериментальное исследование, которые возникают при планомерном изучении новой научной проблемы: исследовании и создании на базе нового класса оптоэлектронных генераторов с квантоворазмерным лазерным диодом современного малошумящего компактного генератора с учетом шума спонтанного излучения КЛД и выработки рекомендаций к характеристикам элементов ОЭГ, а также разработка схем и методов проектирования ОЭГ с прямой и внешней модуляцией параметров выходного излучения. В соответствии со сформулированной целью в диссертации решаются следующие задачи:

— проведение аналитического обзора и сравнения ОЭГ по техническим характеристикам с другими малошумящими радиочастотными генераторами;

— теоретическое и экспериментальное исследование ОЭГ с учетом статических, динамических и шумовых характеристик лазера КЛД,

— построение математической модели ОЭГ в виде дифференциальных уравнений с обратной связью при учёте в ВОЛЗ лазера, как источника оптических колебаний,

— теоретическое исследование моделей для схем с прямой и внешней модуляцией для анализа стационарные режимов работы ОЭГ, переходных процессов, амплитудных и фазовых шумов в ОЭГ,

— теоретическое исследование влияние шума спонтанного излучения лазера КЛД на фазовый радиочастотный шум ОЭГ;