Авторы: А. Б. Устинов , И. Ю. Таценко , А. А. Никитин , А. В. Кондрашов, А. В. Шамрай , А. В. Иванов Статья знакомит читателей с принципами создания оптоэлектронных СВЧ-генераторов. В первой части обзора (см. ФОТОНИКА. 2021; 15(3):228–237. DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2021.15.3.228.237) были кратко рассмотрены физические процессы, лежащие в основе работы различных типов генераторов. Во второй части обзора рассмотрены оптоэлектронные СВЧ-генераторы, созданные на основе активных кольцевых резонансных систем, а также проведено сопоставление фазовых шумов оптоэлектронных генераторов различных типов. 4. Оптоэлектронные СВЧ генераторы на основе активных кольцевых резонансных систем 4.1. Однокольцевые ОЭГ Наиболее часто в научной литературе исследуется конфигурация ОЭГ с модулятором Маха-Цендера. Такой генератор представляет собой кольцевую схему с положительной обратной связью, в которой с помощью электрооптического модулятора осуществляется модуляция оптического излучения СВЧ-сигналом, а в качестве частотно-селективного элемента используется полосно-пропускающий СВЧ-фильтр (рис. 10). Впервые такая схема генератора была предложена в работе.

Для генерации монохроматического СВЧ-сигнала необходимо реализовать селекцию резонансных частот. Селекция может быть реализована, например, полоснопропускающим СВЧ-фильтром. Для перестройки частоты генерации целесообразно использовать перестраиваемые по частоте фильтры. Так, например, в работах [1–5] использовались фильтры на сферах железоиттриевого граната (ЖИГ) (рис. 11а). Также перестраиваемый СВЧ-фильтр можно сделать на основе эпитаксиальной пленки ЖИГ (рис. 11b). Работа последнего основана на возбуждении, распространении и приеме спиновых волн в пленке [3]. Из-за того, что спиновые волны обладают сравнительно низкой групповой скоростью порядка 104–106 м / c, такой фильтр, помимо частотной фильтрации сигнала, вносит дополнительное время задержки.

В работе [6] использовался СВЧ-фильтр на касательно намагниченной пленке ЖИГ. Перестройка такого фильтра осуществляется за счет изменения внешнего магнитного поля. На рис. 12 показана перестройка фильтра по частоте в диапазоне 4–12 ГГц за счет увеличения напряженности внешнего магнитного поля.

На рис. 13а показаны характерные спектры фазового шума для спинволнового оптоэлектронного генератора с длиной оптоволоконной линии задержки 200 м и 4 км, при частоте генерации 10 ГГц. При частоте отстройки 10 кГц величина фазового шума составила –146,5 дБн / Гц. На рис. 13b показана зависимость фазового шума от длины оптоволоконной линии задержки при различных частотах отстройки.

Отличительной особенностью спинволновых оптоэлектронных генераторов является богатая нелинейная динамика. При высоких уровнях мощности в таких системах развивается генерация периодического сигнала и хаоса. Оптоэлектронный генератор с петлей ФАПЧ был описан в работе [7]. Синхронизация оптоэлектронного генератора с высокостабильным кварцевым генератором при помощи петли ФАПЧ позволяет получить высокостабильный сигнал. Температурная нестабильность частоты генерируемого сигнала определяется температурной нестабильностью опорного высокостабильного кварцевого генератора. В диапазоне температур от +5 °C до +40 °C относительная нестабильность оптоэлектронного гетеродина не превышала 3 • 10–9. Фазовый шум оптоэлектронного генератора с петлей ФАПЧ составил около –140 дБн / Гц при отстройке 10 кГц от несущей (рис. 14).

Описанные однокольцевые схемы характеризуются тем, что при увеличении длины оптоволоконной линии задержки снижается фазовый шум, но при этом уменьшается интервал между соседними гармониками. Из-за этого повышаются требования к полосе пропускания фильтра для эффективного подавления соседних резонансных частот. Одним из способов решения этой проблемы является использование многокольцевых схем ОЭГ. 1. Eliyahu D., Maleki L. Tunable, ultra-low phase noise YIG based optoelectronic oscillator. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 2003. – IEEE. 2003; 3: 2185–2187. 2. Belkin M. E., Loparev A. V. Optoelectronic microwave signal generator: modeling, investigation of spectral and noise characteristics. Nano and microsystem technology. 2011; 9: 29–33. 3. Belkin M. E., Sigov A. S. A NEW DIRECTION OF PHOTONICS ULTRAFREQUENCY OPTOELECTRONICS. Radio Engineering and Electronics. 2009; 54(8): 901–914. 4. Eliyahu D., Maleki L. Low phase noise and spurious level in multiloop opto-electronic oscillators.IEEE International Frequency Control Symposium and PDA Exhibition Jointly with the 17th European Frequency and Time Forum, 2003. Proceedings of the 2003. IEEE. 2003; 405–410. 5. Belkin M. E. et al. Tunable RF–band optoelectronic oscillator and optoelectronic computer–added design model for its simulation. Microwave and Optical Technology Letters. 2011; 53(11): 2474–2477. 6. Ustinov A. B. et al. A tunable spin wave photonic generator with improved phase noise characteristics. Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing. 2019; 1326. – No. 1. – P. 012015. 6. Chizh A. L., Mikitchuk K. B., Skotorenko I. V. Optoelectronic reference generator of the X-frequency range for radar systems. Quantum Electronics. 2021; 51(3): 254–259. Подпишитесь на журнал, чтобы прочитать полную версию статьи. https://www.photonics.su/journal/article/8889