В ЛЭТИ разработали оптоэлектронный СВЧ-генератор без усилителей

Ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ» впервые смогли на коммерчески доступных серийно выпускаемых компонентах сконструировать оптоэлектронный СВЧ-генератор без использования каких-либо усилительных элементов. Использованный подход, названный «пассивным оптическим усилением», позволит в будущем улучшить характеристики систем связи и радиолокации.

Сегодня одним из новых направлений разработки систем связи, радиолокации и радионавигации является сверхвысокочастотная (СВЧ) оптоэлектроника или радиофотоника. Радиофотоника — это междисциплинарное научно-техническое направление, сочетающее в себе элементы оптики (интегральной фотоники) и радиоэлектроники (техники СВЧ). Исследования ученых по всему миру показывают, что использование принципов радиофотоники в перспективе позволит создавать более компактные приборы и устройства с существенно лучшими характеристиками по сравнению с классической электроникой. Поэтому сегодня изучение радиофотоники активно переходит в практическую плоскость: ведутся разработки методов, компонентов и систем, действующих на принципах этого научного направления.

Одним из таких устройств является оптоэлектронный генератор сверхвысокочастотного сигнала. СВЧ-генераторы являются неотъемлемой частью систем радиолокации, связи и других. Важной задачей при их разработке является снижение фазового шума генерируемого сигнала. Использование принципов радиофотоники при построении генераторов решает эту задачу.

«Наша научная группа уже длительное время ведет разработки оптоэлектронных СВЧ-генераторов. Их преимуществом является низкий фазовый шум. Он существует в электронных компонентах из-за случайных флуктуаций токов и напряжений, вызванных дискретностью носителей заряда, их беспорядочным тепловым движением и другими эффектами. Снижение шума важно, например, в радиолокации для приема отраженных сигналов от удаленных объектов, если нельзя поднять мощность передатчика. Сейчас мы смогли модернизировать наш генератор, убрав один из источников шума — СВЧ-усилитель. Это удалось реализовать благодаря использованию новой более эффективной методики передачи радиосигнала по оптоволокну, при которой коэффициент передачи радиосигнала становится положительным. Предложенный нами принцип мы назвали „пассивным оптическим усилением“ СВЧ-сигнала», — рассказывает руководитель лаборатории магноники и радиофотоники, профессор кафедры физической электроники и технологии (ФЭТ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Алексей Борисович Устинов.

Обычный оптоэлектронный генератор строится по кольцевой схеме, состоящей из радиочастотного и оптического трактов. В простейшем случае оптический тракт генератора состоит из лазерного модуля, электрооптического модулятора излучения, оптоволоконного кабеля (или миниатюрного оптического резонатора) и фотодетектора.

Основными элементами радиочастотного тракта являются СВЧ-усилитель и СВЧ-фильтр.

Для того, чтобы СВЧ-генератор, который создали ученые ЛЭТИ, работал без усилителей, были предложены такие параметры лазера, электрооптического модулятора и фотодетектора, при которых мощность сигнала на выходе из оптоволоконной линии передачи была выше, чем на входе. Если затем эту линию замкнуть в кольцо, то в нем возникает автогенерация СВЧ-сигнала.