Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

Исследование характеристик фотодетектора с высоким фототоком при передаче сверхвысокочастотного радиосигнала по оптоволокну

https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-4-48-56

Полный текст:

Аннотация

Введение. В настоящее время большой научный и практический интерес вызывает передача радиочастотного сигнала по оптической линии. Такую линию передачи можно также использовать при создании многих радиофотонных устройств. С ростом мощности используемого лазера снижаются потери СВЧ-сигнала в линии передачи. Однако массово выпускаемые фотодетекторы выдерживают мощность в несколько десятков милливатт. Использование фотодетектора с высоким фототоком позволит улучшить характеристики оптоволоконных линий передачи, в частности, снизить потери при передаче аналогового или цифрового радиочастотного сигнала.

Цель. Исследование характеристик фотодетектора с высоким фототоком в системе передачи сверхвысокочастотного радиосигнала по оптоволокну, а также исследование зависимости потерь СВЧ-сигнала от значения мощности оптического излучения в такой системе.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования проведены на сконструированных экспериментальных схемах для исследования характеристик фотодетектора при модулированном и немодулированном оптическом излучении. Теоретические исследования выполнены математическим моделированием передаточных характеристик оптического тракта при различных мощностях входного СВЧ-сигнала.

Результаты. Найдены зависимости фототока и фотонапряжения фотодетектора от мощности излучения лазера. Представлены экспериментальные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) оптической линии передачи, измеренные при различных мощностях оптического излучения. Описан алгоритм получения частотной зависимости чувствительности фотодетектора в диапазоне частот 0...12 ГГц. Приведены результаты теоретического расчета АЧХ линии передачи в указанном диапазоне частот. Получена приближенная частотная зависимость чувствительности фотодетектора.

Заключение. За счет использования фотодетектора с высоким значением фототока и повышения мощности лазера до 100 мВт потери СВЧ-сигнала в оптической линии передачи составили около 10 дБ. Показано, что для улучшения передаточных характеристик оптической линии передачи необходимо использовать широкополосный электрооптический модулятор.

Об авторах

И. Ю. Таценко
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия
Таценко Иван Юрьевич – магистр по направлению "Электроника и наноэлектроника" (2020), аспирант кафедры физической электроники и технологии, ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия


Т. К. Легкова
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия
Легкова Татьяна Константиновна – бакалавр по направлению "Электроника и наноэлектроника" (2019), студентка 2-го курса магистратуры, ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия


А. В. Иванов
АО "НИИ "Полюс" им. М. Ф. Стельмаха"
Россия
Иванов Андрей Викторович – начальник отдела, ул. Введенского, д. 3, к. 1, Москва, 117342, Россия


А. Б. Устинов
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия
Устинов Алексей Борисович – доктор физико-математических наук (2012), доцент (2010) кафедры фи-зической электроники и технологии, ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия, Ustinov_rus@yahoo.com


Список литературы

1. Signal-to-Noise Performance of Two Analog Photonic Links using Different Noise Reduction Techniques / E. I. Ackerman, G. E. Betts, W. K. Burns, J. C. Campbell, C. H. Cox, N. Duan, J. L. Prince, M. D. Regan, H. V. Roussell // IEEE МТТ-S Int. Microwave Symp. Dig., Honolulu, Hawaii, 2007. P. 51-54.

2. Сверхширокополосный многофункциональный радиофотонный приемный тракт для аналоговой обработки сигналов дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн / А. А. Белоусов, Ю. Н. Вольхин, А. В. Гамиловская, А. А. Дубровская, Е. В. Тихонов // Электроника и микроэлектроника СВЧ: сб. ст. IV Всерос. конф., Санкт-Петербург, 1–4 июня 2015 г. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2015. Т. 1. С. 337-341.

3. Повышение коэффициента передачи радиочастотной волоконно-оптической линии за счет управления рабочей точкой внешнего модулятора / А. Н. Петров, А. В. Тронев, В. В. Лебедев, И. В. Ильичев, Е. Н. Величко, А. В. Шамрай // ЖТФ. 2015. Т. 85, вып. 5. С. 131-136. doi: 10.1134/S1063784215050217

4. Yao X. S., Maleki L. Optoelectronic Microwave Oscillator // J. of the Optical Society of America B. 1996. Vol. 13, № 8. P. 1725–1735. doi: 10.1364/JOSAB.13.001725

5. Tunable RF-band Optoelectronic Oscillator and Optoelectronic Computer-Added Design Model for its Simulation / M. E. Belkin, A. V. Loparev, Y. Semenova, G. Farrell, A. S. Sigov // Microwave and Optical Technology Lett. 2011. Vol. 53, № 11. Р. 2474–2477. doi: 10.1002/mop.26304

6. Zhu D., Pan S., Ben D. Tunable Frequency-Quadrupling Dual-Loop Optoelectronic Oscillator // IEEE Photonics Technology Lett. 2012. Vol. 24. P. 194-196. doi: 10.1109/LPT.2011.2176332

7. Ustinov A. B., Nikitin A. A., Kalinikos B. A. Electronically Tunable Spin-Wave Optoelectronic Microwave Oscillator // Tech. Phys. 2015. Vol. 60, № 9. P. 1392–1396. doi: 10.1134/S1063784215090224

8. Nikitin A. A., Kalinikos B. A. Theory of a Tunable Spin-Wave Optoelectronic Microwave Oscillator // Technical Physics. 2015. Vol. 60, № 9. P. 1397-1401. doi: 10.1134/S1063784215090145

9. Ustinov A. B., Nikitin A. A., Kalinikos B. A. Magnetically Tunable Microwave Spin-Wave Photonic Oscillator // IEEE Magnetics Lett. 2015. Vol. 6. Р. 1-4. doi: 10.1109/LMAG.2015.2487238

10. Ustinov A. B., Kondrashov A. V., Kalinikos B. A. A Microwave Photonic Generator of Chaotic and Noise Signalss // Tech. Phys. Lett. 2016. Vol. 42, № 4. P. 403–406. doi: 10.1134/S1063785016040283

11. Ustinov A. B, Kondrashov A. V., Kalinikos B. A. Dynamic Modes of Microwave Signal Autogeneration in a Radio Photonic Ring Generator // Technical Physics. 2017. Vol. 62, № 2. P. 287-293. doi: 10.1134 /S1063784217020153

12. Self-Generation of Chaotic Microwave Signal in Spin Wave Optoelectronic Generator / A. B. Ustinov, A. V. Kondrashov, A. A. Nikitin, A. V. Drozdovskii, B. A. Kalinikos // Phys. Solid State. 2018. Vol. 60, № 11. P. 2127–2131. doi: 10.1134/S106378341811032X

13. A Tunable Spin Wave Photonic Generator with Improved Phase Noise Characteristics / A. B. Ustinov, A. V. Kondrashov, A. A. Nikitin, V. V. Lebedev, A. N. Petrov, A. V. Shamrai, B. A. Kalinikos // J. of Phys.: Conf. Oct. 2019. Vol. 1326. Art. 012015. doi: 10.1088/1742-6596/1326/1/012015

14. A Model for Designing Ultralow Noise Single-and Dual-Loop 10-GHz Optoelectronic Oscillators / O. Lelievre, V. Crozatier, P. Berger, G. Baili, O. Llopis, D. Dolfi, P. Nouchi, F. Goldfarb, F. Bretenaker, L. Morvan, G. Pillet // J. of Lightwave Technology. 2017. Vol. 35, № 20. P. 4366–4374. doi: 10.1109/JLT.2017.2729018

15. Highly Spectrally Pure 90-GHz signal Synthesis using a Coupled Optoelectronic Oscillator / A. Ly, V. Auroux, R. Khayatzadeh, N. Gutierrez, A. Fernandez, O. Llopis // IEEE Photonics Technology Lett. 2018. Vol. 30, № 14. P. 1313–1316. doi: 10.1109/LPT.2018.2845747

16. High-Performance Millimeter-Wave Synergetic Optoelectronic Oscillator with Regenerative Frequency-Dividing Oscillation Technique / A. Liu, Y. Yang, R. Song, J. Liu, J. Dai, Z. Tian, K. Xu // Optics express. 2019. Vol. 27, № 7. P. 9848–9856. doi: 10.1364/OE.27.009848

17. A Fully Photonics-Based Coherent Radar System / P. Ghelfi, F. Laghezza, F. Scotti, G. Serafino, A. Capria, S. Pinna, D. Onori, C. Porzi, M. Scaffardi, A. Malacarne, V. Vercesi, E. Lazzeri, F. Berizzi, A. Bogoni // Nature. 2014. Vol. 507, iss. 7492. P. 341–345. doi: 10.1038/nature13078

18. A Photonically Enabled Compact 0.5–28.5 GHz RF Scanning Receiver / D. Onori F. Scotti, F. Laghezza, M. Bartocci, A. Zaccaron, A. Tafuto, A. Albertoni, A. Bo-goni, P. Ghelfi // J. of Lightwave Technology. 2018. Vol. 36, № 10. Р. 1831–1839. doi: 10.1109/JLT.2018.2792304

19. All-Optical RF Amplification toward Gpbs Communications and Millimeter-Waves Applications / A. L. M. Muniz, D. F. Noque, R. M. Borges, A. Bogoni, M. Hirano, A. Cerqueira Sodré // Microwave and Optical Technology Lett. 2017. Vol. 59, № 9. P. 2185-2189. doi: 10.1002/mop.30704

20. Thermal and Dynamic Range Characterization of a Photonics-Based RF Amplifier / D. F. Noque, R. M. Borges, A. L. M. Muniz, A. Bogoni, Arismar Cerqueira S. Jr. // Optics Communications. 2018. Vol. 414. P. 191-194. doi: 10.1016/j.optcom.2018.01.015

21. Wideband 360° Microwave Photonic Phase Shifter based on Slow Light in Semiconductor Optical Amplifiers / W. Xue, S. Sales, J. Capmany, J. Mørk // Optics Express. 2010. Vol. 18, iss. 6. P. 6156-6163. doi: 10.1364/OE.18.006156

22. Fully Tunable 360° Microwave Photonic Phase Shifter based on a Single Semiconductor Optical Amplifier / J. Sancho, J. Lloret, I. Gasulla, S. Sales, J. Capmany // Optics Express. 2011. Vol. 19, iss. 18. P. 17421-17426. doi: 10.1364/OE.19.017421

23. Widely Tunable Microwave Photonic Notch Filter based on Slow and Fast Light Effects / W. Xue, S. Sales, J. Mørk, J. Capmany // IEEE Photonics Technology Lett. 2009. Vol. 21, № 3. P. 167-169. doi: 10.1109/LPT.2008.2009468

24. Yan Y., Yao J. P. A tunable Photonic Microwave Filter with a Complex Coefficient using an Optical RF Phase Shifter // IEEE Photonics Technology Lett. 2007. Vol. 19, № 19. P. 1472-1474. doi: 10.1109/LPT.2007.903753

25. Yi X., Huang T. X. H., Minasian R. A. Tunable and Reconfigurable Photonic Signal Processor with Programmable All-Optical Complex Coefficients // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 2010. Vol. 58, № 11. P. 3088-3093. doi: 10.1109/TMTT.2010.2076931

26. Programmable Multi-Tap Microwave Photonic Phase Filtering via Optical Frequency Comb Shaping / M. H. Song, V. Torres-Company, R. Wu, E. Hamidi, A. M. Weiner // 2011 Intern. Topical Meeting on Microwave Photonics jointly held with the 2011 Asia-Pacific Microwave Photonics Conf. Singapore, Oct. 18–21, 2011, P. 37–40. doi: 10.1109/MWP.2011.6088663

27. Zeng F., Wang J., Yao J. P. All-Optical Microwave Bandpass Filter with Negative Coefficients based on a Phase Modulator and linearly Chirped Fiber Bragg Gratings // Optics Lett. 2005. Vol. 30, № 17. P. 2203. doi: 10.1364/OL.30.002203

28. Wang J., Zeng F., Yao J. P. All-Optical Microwave Bandpass Filter with Negative Coefficients based on PM-IM Conversion // IEEE Photonics Technology Lett. 2005. Vol. 17, № 10. P. 2176-2178. doi: 10.1109/LPT.2005.852323

29. Novel Technique for Implementing Incoherent Microwave Photonic Filters with Negative Coefficients using Phase Modulation and Single Sideband Selection / J. Mora, J. Capmany, A. Loayssa, D. Pastor // IEEE Photonics Technology Lett. 2006. Vol. 18, № 18. P. 1943-1945. doi: 10.1109/LPT.2006.879950

30. Yao J. P., Wang Q. Photonic Microwave Bandpass Filter with Negative Coefficients using a Polarization Modulator // IEEE Photonics Technology Lett. 2007. Vol. 19, № 9. P. 644-646. doi: 10.1109/LPT.2007.894942


Для цитирования:


Таценко И.Ю., Легкова Т.К., Иванов А.В., Устинов А.Б. Исследование характеристик фотодетектора с высоким фототоком при передаче сверхвысокочастотного радиосигнала по оптоволокну. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2020;23(4):48-56. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-4-48-56

For citation:


Tatsenko I.Yu., Legkova T.K., Ivanov A.V., Ustinov A.B. Investigation of the Characteristics of a Photodetector with a High Photocurrent when Transmitting Microwave Radio Signals Through an Optical Fiber. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2020;23(4):48-56. (In Russ.) https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-4-48-56

Просмотров: 44


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)