Краткие выводы и постановки задач развития систем радиофотоники

Обзорные исследования, представленные в разд. 7.1 — 7.3, показали, что развитие радиофотонных систем сдерживаются:

• — сложностью формирования стабильных по частоте и синхронизированных по фазе излучений источника зондирования и гетеродина с возможностью их перестройки по частоте в общем случае по произвольному закону и с произвольной скоростью, что определяегся необходимостью приема сигналов или измерений с требуемой чувствительностью и отношением сигнал/шум в широком диапазоне частот;
• — практическим отсутствием устройств с линейными характеристиками, а также необходимостью контроля спектрального состава лазерного источника и выходного излучения модулятора, подверженных флуктуациям различной природы (температурных, режима генерации, модуляции и т. д.), что определяегся необходимостью обеспечения требуемых метрологических характеристик;
• — необходимостью использования в них дорогостоящих фотодетекторов с полосой пропускания не менее 40 ГГц, что определяется необходимостью широкополосных измерений.

Указанные проблемы могут быть решены построением радиофотонных систем на основе одночастогных непрерывных лазеров и амплитудно-фазовых электрооптичсских модуляторов (возможно использование поляризационных модуляторов), дисперсионных элементов — волоконных решеток Брэгга епециальной формы с фазовым структурированием, методов полигармонического преобразования, зондирования и различения.

Ключевые особенности предлагаемых методов и устройств заключаются в:

• — использовании для обработки радиосигналов характерных особенностей взаимодействия двухили многочастотного излучения и контура поглощения/отражения волоконной решетки Брэгга, что позволяет получить измерительные характеристики, не зависящие от энергегических флукгуаций оптической несущей и радиосигнала, и реализовать операции фотодетектирования на разностной частоте двухчасгогного излучения (десятки кГц — сотни МГц, в области минимальных шумов фотоприемника) без применения специального гетеродина, для чего требуется более простой и дешевый фогодегекгар;
• — снижении погрешностей обработки радиосигналов, вызванных температурными флуктуациями спектральных характеристик используемых элементов, определяемом использованием специальной волоконной решетки Брэгга с фазовым структурированием, что позволило организовать на ее базе, как минимум, два контура — измерительный и мониторинга спектральных характеристик, и получить компенсированную форму склонов ее контура, реализуемую для линеаризации характеристик измерительного преобразования.

В основе решения поставленных задач лежит использование уникального метода [11−14], который получил название метода Ильина-Морозова, предложенного авторами в 1983 году и основанного на модуляции амплитуды и манипуляции фазы исходного одночастотного излучения для синтеза симметричных двухчастотных и полигармонических излучений. Выходное полигармоническое излучение при реализации метода Ильина-Морозова содержит в своей структуре симметричные относительно подавленной исходной составляющие, равной амплитуды и альтернативной фазы, и характеризуется высокой степенью спектральной чистоты при отклонениях параметров преобразования от оптимальных. Разработка метода была осуществлена на основе детального исследования модуляционных характеристик амплитудного элсктрооптичсского модулятора по напряженности электрического поля, в отличие от широко использовавшегося в то время анализа модуляционных характеристик по его интенсивности. Было показано, что при работе амплитудного электрооптического модулятора в «нулевой (минимальной)» точке модуляционной характеристики выходное излучение является не амплитудно-модулированным с боковыми частотами на удвоенной частоте модуляции, а двухчастотным с подавленной несущей и составляющими, разнесенными на удвоенную частоту модуляции [14].

Предварительно с использованием работ авторов [17−18, 20−22, 31−32, 41, 43−47] нами были показаны возможности генерации радиочастотных сигналов с низким уровнем фазовых шумов и генерации полигармонических излучений с радиочастотными компонентами. В следующих главах будут показаны особенности:

• — нахождения мгновенной частоты и амплитуды неизвестных радиочастотных сигналов и организации контура мониторинга метрологических характеристик системы измерения в оптическом диапазоне;
• — анализа контура усиления вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в одномодовом оптическом волокне с использованием радиочастотных составляющих оптической несущей;
• — формирования перестраиваемых фотонных фильтров радиосигналов с различным числом коэффициентов, включая отрицательные, с возможностью изменения конфигурации.

При этом во всех указанных системах будут использоваться преимущества и характеристические особенности оптического излучения с двумя или несколькими радиочастотными составляющими, полученных, но методу амплитудно-фазового модуляционного преобразования оптической несущей (методу Ильина-Морозова).