авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

«И.Ю.Денисюк, Л.Н.Аснис, М.И. Фокина Н.О. Собещук Применение элементов фотоники в специальной аппаратуре Учебное ...»

-- [ Страница 3 ] --

В данном эксперименте значение оптической мощности задавалось так, чтобы в WGPD генерировался постоянный фототок величиной в 3mА, а в UTC-WGPD величиной 10mА. Ни тот, ни другой фотоприемник не показал ни малейших признаков падения эффективности, что подтвердило надежность оптического сопряжения. В WGPD не наблюдалось увеличения темновых токов, в то время, как в UTC-WGPD они постепенно нарастали, как показано на рисунке 53.

Предполагается, что причина ухудшения характеристик UTC-WGPD не пробой, а тепловой эффект, т.к. лимитрирующим фактором для мезатипа UTC-WGPD является негативное влияние теплового расширения. Это означает, что заглубленный тип UTC-WGPD будет более устойчивым.

Рис. 52. Частотный отклик WGPD и Рис. 53. Испытание на UTC-WGPD. долговечность устройств WGPD и UTC-WGPD при комнатной темпиратуре. Малые колебания возникают в следствии колебаний комнатной темпиратуры.

Технологии сопряжения, описанные здесь, были так же применены в 40Gb/s гибридных WGPD-AMP и 72GHz основанных на WGPD. Эти устройства так же показали высокую эффективность, что подтверждает, что данная технология сопряжения хорошо применима с WGPD.

5.3.4. Гибридные фотоприемники с волноводом большого сечения WGPD и PLC Для интеграции фотоприемников с другими оптическими функциями перспективной является гибридный монтаж на подложке, в основе которой лежит планарная световодная схема. Благодаря ей уменьшилось количество составных компонентов модуля, а с тех пор, как в WGPD появилась сопряженная схема, сравнимая с PLC, существенно снизилась и стоимость самого модуля. Сейчас мы обсудим процесс изготовления и характеристики 20GHz WGPD, сконструированного для PLC гибридного дифференциального приемника.

Основная структура точно такая же, как и в 100GHz WGPD, за исключением того, что каждый слой оптимизирован для получения более высокой эффективности с помощью PLC. InGaAs фотопоглощающий слой толщиной 1.1м и InGaAsP промежуточные слои с запрещенными зонами формируют двойной сопряженный волновод толщиной 3.1 м, который имеет многомодовую конфигурацию и согласовывает распределение оптического поля в PLC.

Рис. 54. Измеренная эффективность Рис. 55. Схема двойного 20 ГГц 20 ГГц WGPD как функция WGPD, установленного на PLC смещения. подложку.

На рисунке 54 приведены эффективности как функции смещения относительно заданного положения, когда WGPD соединен с оптоволокном сколотым с повышенным светорассеянием, с таким же оптическим полем, как и у PLC. Максимальная эффективность выше 45% при уменьшении на 1 дБ в результате сдвига на 4 mм. Последовательным соединением пары WGPD был создан двойной WGPD, который был установлен на PLC подложку с помощью точечной сварки, как показано на рисунке 55. В этом PLC входящий свет делится на два управляемых пучка, один из которых задерживается на полупериод внутри длинного волновода. Далее каждый пучок вводится в свой WGPD, которые затем генерируют разностный сигнал. Двойной WGPD установленный на PLC имеет ширину полосы до 22GHz и способен принимать 12Gb/s разностный сигнал с высокой эффективностью до 40%. Учитывая эти результаты и простоту соединения с PLC (без каких-либо дополнительных элементов, как линзы или зеркала), можно прийти к выводу, что WGPD также пригоден для гибридной PLC интеграции со скоростью выше 20GHz.

5.4. Приемники OEIC Рис. 56. Структура WGPD-HEMT c Рис. 57. Наблюдаемый сигнал на приемником OEIC. приемнике OEIC для 50 Gb/s.

Сложность сборки главным образом определяет стоимость высокоскоростных компонентов. Монолитные OEIC’s тщательно исследованы, как перспективное решение проблемы удешевления приемников. OEIC, нацеленные на большую полосу пропускания, впервые достигли 20Gb/s диапазона с применением InP/InGaAs HBT’s и a p-i-n VPD в 1994. С того времени были разработаны некоторые OEIC’s, такие как p-i-n VPD/HBT, p-i-n VPD/транзистор с высокоподвижными электронами (VPD/HEMT), и MSM VPD/HEMT. Такие OEIC’s состоят из VPD’s и схемы с плотной упаковкой элементов, как у транс импедансных или высоко импедансных усилителей, которые обеспечивают хорошие характеристики 20-Gb/s приемников. Для больших полос пропускания фотоприемник и электрическая схема должны иметь конфигурацию, которая позволит им работать на желаемых полосах пропускания. Как и широкополосные PD, распределенные усилители (которые сами по себе предназначены для работы на 90GHz) были ключом к увеличению полосы пропускания. 40Гб/с OEIC были впервые продемонстрированы с использованием WGPD и HEMT-основанных распределенных усилителей в 1996 году, а затем с использованием WGPD и HEMT распределительных усилителей в 1997. Эти новые технологии имеют потенциал в области дальнейшего увеличения ширину полосы, и совсем недавно был достигнут 50-Gb/s режим. здесь представлены характеристики приемников OEIC, содержащих WGPD и InAlAs/InGaAs-HEMT распределенные предусилители. Структура WGPD и HEMT слоев была разработана отдельно и собрана на подложке, как показано на Рис. 56, так что каждое устройство оптимально работает сразу после сборки без настройки. WGPD состоит из сопряженной двойной многомодовой структуры толщиной 2.15 m с фотопоглощающим слоем толщиной 0,35 m для обеспечения полосы пропускания выше 50 GHz вместе с высокой эффективностью. InAlAs слой HEMT снабженный носителями - кремниевый плоский примесно-активированный слой с высокой проводимости и равномерным пороговым напряжением. HEMT имеет канал шириной в полмикрона, образующий восьмисекционный распределенный усилитель. Приемник OEIC без AR оболочки имеет полосу пропускания 46.5 GHz, эффективность в 40% на длине волны в 1.55m и коэффициент преобразования ток - напрряжение до 39dB-Ом. OEIC модуль был собран с использованием технологии сопряжения подобной той, что использовалась для сборки 50-GHz WGPD. 50-Gb/s-RZ сигнал, наблюдаемый визуально показан на рис. 57. Результат показывает, что каждое устройство может сохранять свои свойства даже после интеграции. Так как этот OEIC включает в себя 16 HEMT’s, различные микроволновые и миллиметроволновые схемы подобных диапазонов размеров могут быть интегрированы с WGPD использованием данной технологии.

5.5. Заключение Для фотодиодов, актуальны два основных возрастающих требования:

эффективная полоса пропускания и высокий ток насыщения. Значения эффективной полосы пропускания сходны у WGPD, TWPD, и P-TWPD.

Экспериментально, наиболее высокая полоса пропускания получена у WGPD и TWPD (50–200 GHz), RFPD (порядка 40 GHz), APD (около 20 GHz) и RCE-PD, которые показали хороший потенциал во всем диапазоне. Для высоких токов насыщения, эффект пространственного заряда должен быть снижен и существуют два подхода для осуществления этой задачи. Первый -растягивание распределения фотоносителей вдоль всего направления распространения света – в WGPD и TWPD (что означают компромисс между током насыщения и полосой пропускания) и в P-TWPD (которые по своей природе обладают высоким током насыщения). Второй поход состоит в наращивании скорости носителей с использованием UTC структур, которые обеспечат улучшение тока насыщения в три раза. Экспериментально, P-TWPD и UTC-PD показывают возможность достижения более высоких токов насыщения (60 mA и более), чем обычные структуры. Технология изготовления, основанная на WGPD, применима в широком диапазоне – от 20-GHz у WGPD, основанных на волноводе большого сечения до 100- GHz у WGPD и UTC-WGPD. Разработана 60-GHz-вая технология упаковки для сопряженных фотодиодов, на основе которой могут быть созданы надежные WGPD и UTCWGPD модули. Эти технологии также применимы для WGPD-основанных приемников OEIC. Интегрнирование WGPD с распределительным усилителем может сделать возможным работу OEIC в 50-Gb/s диапазоне.

6. Заключение Развитие современных фотонных технологий привело к созданию -нового поколения высокоточных помехозащищенных радиолокационных средств, сантиметрового, миллиметрового и терагерцового диапазонов волн, в том числе сверхкороткоимпульсных радиолокационных станций с цифровыми оптическим активными фазированными решетками, видеоимпульсными сканирующими антенными решетками, эффективными системами обработки и использования цифровых карт местности, обеспечивающих создание нового поколения средств с уникальными функциональными свойствами для повышения эффективности и конкурентоспособности перспективных образцов авиационной и ракетно-космической техники;

- многоцелевых РЛС радиовидения на базе широкополосных ФАР с электрооптическим управлением лучом в широком секторе и базовых радиолокационных комплексов нового поколения, совмещающих функции РЛС, встроенного пассивного канала приема и комплекса средств автоматизации;

- РЛС обнаружения малозаметных и малоподвижных объектов в условиях горно-лесистой местности;

- радиолокационных и радиотехнических средств обнаружения и наблюдения удаленных космических объектов (в том числе высокоорбитальных и малоразмерных), объединенных в сеть;

- радиолокационных систем загоризонтного обнаружения воздушных и надводных объектов;

- нового поколения многофункциональных авиационных радио-оптических комплексов радиолокационного наблюдения, оповещения и управления на основе фазированных антенных решеток;

- интегрированных бортовых авиационных радиотехнических систем и комплексов нового поколения с конформными антенными решетками, решающих задачи радиолокационного дозора, обеспечения безопасности и расширяющих тактико - технические возможности летательных аппаратов;

- бортового радиоэлектронного и радиооптического оборудования комплексов с беспилотными летательными аппаратами;

- нового поколения конкурентоспособных комплексов технических средств дистанционного зондирования поверхности Земли и обнаружения наземных целей (РЛС бокового обзора с синтезированной апертурой 3-х, 10- и 70 – сантиметровых диапазонов волн, средства космической радиотехнической разведки, высокоточные высотомеры, радиометры) предназначенных для внедрения на обитаемых и автоматических орбитальных космических станциях и самолетах. Космические комплексы позволяют оперативно оценивать обстановку независимо от времени суток и облачности, дают новую информацию о растительности (объеме биомассы, наличии наркотиков), нефтегазоносных структурах, алмазоносных трубках, районах залегания полезных ископаемых и других поверхностных и подповерхностных структурах Земли. Кроме того, эти комплексы позволят оперативно обнаруживать подземные, подводные, наземные и надводные цели;

- радиолокационных информационных комплексов аэростатного базирования с радиусом обнаружения низколетящих малоразмерных воздушных целей от 2 до нескольких тыс. км;

- нетрадиционных РЛС, и в том числе автоматизированных радиолокационно-связных комплексов, бистатических наземно-космических РЛС работающих "на просвет", многопозиционных РЛС использующих принципы как активной так и пассивной локации;

- ряда конкурентоспособных автоматических радиопеленгаторов не уступающих по основным характеристикам зарубежным аналогам;

- радиотехнических систем по поиску неоднородностей в верхнем слое Земли до глубины 30-100 м и более на основе комплексирования информации от различных датчиков.

- радиотехнического комплекса высокомобильных и стационарных технических средств для скрытого определения маршрутов движения и мест отстоя подвижных объектов с точностью не хуже 50 метров, для пресечения незаконного перемещения опасных грузов, обеспечивающего повышения эффективности проведения оперативно розыскных мероприятий и управления мобильными силами МВД;

- систем обработки сверхширокополосных СВЧ-сигналов в реальном масштабе времени с полосой обработки до 1000 и выше МГц для систем РТР и РЭП, авиационных комплексов 5 поколения на основе перспективных фотонных, цифровых, нейрокомпьютерных и нанотехнологий;

- радиотехнических систем мгновенного высокоточного определения параметров сложных сигналов с высокой интенсивностью их потока с улучшенными характеристиками углового и спектрального разрешения для систем ближней навигации, для комплексной системы воздействия на каналы распространения электромагнитного излучения сверхширокополосного диапазона, защиты объектов от террористов путем радиоэлектронного подавления радиоканалов дистанционного подрыва, для информационной защиты объектов;

- перспективных средств обеспечивающие цифровые системы и средства радио- и радиорелейной связи с использованием современных и перспективных видов модуляции для магистральных и ведомственных сетей связи;

- перспективных системы мобильной связи и беспроводного доступа.

7. Список используемых сокращений АР – Антенная решетка АФАР – Активная фазированная антенная решетка АЦП – Аналого-цифровой приемник ВОЛС – Волоконно-оптическая линия связи ДМПО – Шифр передающего оптического модуля фирмы "Дилаз" ДН – Диаграмма направленности ЖК – Жидко-кристаллический ИК – Инфра- красный КВ – Короткие волны КВЧ – Коротко-волновые частоты КНД – Коэффициент направленного действия КПД – Коэффициент полезного действия КУ – Коэффициент усиления ЛД – Лазерный диод МА – Матричные (многоканальные) антенны МОП – Трехслойная структура "металл-окисел-полупроводник" p-типа, где окисел выполняет функцию диэлектрика конденсатора ППМ – Приемопередающий модуль РЛС – Радиолокационная станция СВЧ – Сверх высокие частоты СИД – Свето-излучающий диод УБЛ – Уровень боковых лепестков УКВ – Ульта короткие волны ФАР – Фазированная антенная решетка ЭО – Электро-оптический ЭОМ – Электро-оптический модулятор ЭВМ – Электронно-вычеслительная машина AMP- Аctive medium propagation - Распространение электромагнитных волн в активной среде APD – Аvalanche photodiode - Лавинный фотодиод AR – Anti refractive - Антиотражающей DFP - Duplexer Power Filter - Дуплексный фильтр мощности DWGPD – Distributed photo absorption WGPD - WGPD с распределенным фотопоглощением FP – Power Filter - Фильтр мощности FWHM - Full width at half maximum - Длительность (импульса) на уровне половины амплитуды HBT’s – Heterojunction bipolar transistor - Гетеропереходном биполярном транзисторе НЕМТ - High Eleсtron Mobility Transistor – Транзистор с высокой подвижностью электронов MSM (МПМ) – metal – semiconductor - matal - Система металл полупроводник-металл OEIC – Opto - electronic integrated circuit – Опто-электронная микросхема PD -ФП – Фотоприемник PIN – diode - Фотодетектор, преобразующий оптическое излучение в электрический сигнал PLC – Planer lightwave circuit – Планарная оптическая схема P-TWPD - Фотоприемник периодической стоячей волны RCE-PD – Resonant-cavety-enhanced photodetector – Резонансный фотоприемник RFPD –Rrefracting facet photodiod - Диод с преломляющими гранями SMF – Singl-mode fiber – Одномодовое волокно ТRP - Technical Reinvestment Project – Технический реинвестированный проект TWPD – Traveling-wave photodetector – Фотоприемник стоячей волны UTC-PD – Uni-traveling–carrier photodiode - Фотодиод с одинаковыми носителями заряда UTC – Uni-traveling–carrier - Одинаковыe носители заряда VMDP – Фотоприемник периодической стоячей волны способный осуществлять оптическое/электрическое согласование, используя электрическую линию задержки или электрическую медленную волноводную линию VPD – Vertically illuminated photodetector - Вертикально освещаемый фотоприемник WGPD - Waveguide photo(sensitive) diode - Волноводный фотодиод WGPD-AMP - Waveguide photo(sensitive) diode - active medium propagation Волноводный фотодиод с распространением электромагнитных волн в активной среде 8. Список литературы 1. J.L.Prince, H.V.Roussell, E.I.Ackerman, R.Knowlton, C.H.Cox Ш. Low–cost, high performance optoelectronic components for antenna remoting.// Optical and Quantum Electronics v.30, p. 1051-1063 (1998) 2. Yian Chang, Boris Tsap, Harold R. Fetterman, David A. Cohen, A. F. J. Levi, and Irwin L. Newberg, Optically Controlled Serially Fed Phased-Array Transmitter // IEEE Microwave and Guided wave Letters, v.7,no.3 (1997) 3. Yunqi Liu, Jianping Yao, Jianliang Yang Wideband true-time-delay unit for phased array beamforming using discrete-chirped fiber grating prism // Optics Communications 207, p. 177–187(2002)] 4. Boris Tsap, Yian Chang, Harold R. Fetterman, A. F. J. Levi, David A. Cohen, and Irwin Newberg Phased-Array Optically Controlled Receiver Using a Serial Feed // IEEE Photonics Technology Letters, v.10, no. 2 (1998).

5. Wolfgang Vogel Polarisation independent liquid crystal 360 Phase shifter for Optically Generated RF signal // 31 European Conference, London, UK, EuMC, v. 3,, p.

31-34 (2001) 6. Sang-Shin Lee, Anand H. Udura, Hernan Erlig and etc. Demonstration of a Photonically controlled RF Phase Shifter// IEEE Microwave and Guided Letters, v.9, no 9, p.357- 359 (1999).

7. Jeehoon Han, Hernan Erlig, Min-Cheol Oh, Hua Zhang, Chen Zhang, William Steier, Harold Fetterman // IEEE Photonics Technology Letters, v.14, no 4 (2002) 8. Datong Chen, Harold R.Fetterman, Antao Chen, William H. Steier, Larry R.Dalton, Wenshen Wang, Yongqiang Shi. Demonstration of 110 GHz electro-optic polymer modulators // Appl.Phys.Lett., v.70 (25), p.3335-3337 (1997) 9. Springfield Chang, Chia-Chen Hsu, Tser-Hsiang Huang and et. Heterodyne Interferometric Measurement of the Thermo-optic coefficient of Single Mode Fiber // Chinese Journal of Physics v.38, no 3-1 (2000).

Оглавление 1. Введение...................................................................................................................... 2. Принцип работы фазированных антенных решеток........................................ 2.1. Характеристики ФАР............................................................................................ 2.1.1. Сектор сканирования и число управляющих элементов ФАР........................ 2.1.2. Дискретность фазирования и расположение излучателей........................... 2.1.3. Изменение характеристик направленности в секторе сканирования......... 2.1.4. Характеристики управления и общетехнические характеристики............. 2.1.5. Совмещенные ФАР.......................................................................


....................... 2.1.6. Активные ФАР.................................................................................................... 3. Основные оптические схемы АФАР................................................................... 4. Основные элементы оптических схем АФАР.................................................... 4.1 Фазовращатели........................................................................................................ 4.2 Оптическое волокно................................................................................................ 4.2.1 Оценка температурного ухода фазы модуляции при распространении в волокне............................................................................................................................ 4.2.2 Оптический метод определения ухода фазы модуляции излучения, прошедшего через оптическое волокно при изменении температуры окружающей среды............................................................................................................................... 4.2.3 Прямой метод измерения температурного ухода фазы модуляции.............. 4.3 Лазеры....................................................................................................................... 4.4 Фотодетекторы........................................................................................................ 4.5 Оценка оптических потерь в тракте...................................................................... 4.6 Перспективные элементы фотоники на основе кремниевой технологии......... 4. 7. Фотодиоды структуры Металл - Полупроводник - Металл - основа фотоники диапазона 100 ГГц......................................................................................................... 4.7.1. Внутреннее поле и динамика транспорта носителей заряда....................... 5. Сверхширокополосные фотоприемники бегущей волны............................... 5.1. Фотоприемники с большой эффективной полосой пропускания..................... 5.1.1. «Компромисс» между шириной полосы пропускания и эффективностью.. 5.1.2. Сопряженный волноводный фотоприемник (edge-coupled WGPD).............. 5.1.3. Волоконный светодиод....................................................................................... 5.1.4. Фотоприемники с распределенными параметрами........................................ 5.1.5. Другие фотоприемники...................................................................................... 5.2. Фотоприемники с высоким током насыщения.................................................... 5.2.1. Ограничивающие факторы................................................................................ 5.2.2. Оптимизация структуры.................................................................................. 5.2.3. Оптимизация переноса....................................................................................... 5.3. Создание фотодиодов............................................................................................ 5.3.1. WGPD.................................................................................................................... 5.3.2. UTC-WGPD........................................................................................................ 5.3.3. Сверхширокополосный корпус......................................................................... 5.3.4. Гибридные фотоприемники с волноводом большого сечения WGPD и PLC....................................................................................................................................... 5.4. Приемники OEIC.................................................................................................. 5.5. Заключение........................................................................................................... 6. Заключение............................................................................................................. 7. Список используемых сокращений................................................................... 8. Список литературы............................................................................................... Применение элементов фотоники в специальной аппаратуре Авторы: Игорь Юрьевич Денисюк, Лия Николаевна Аснис, М.И. Фокина Н.О. Собещук В авторской редакции Компьютерная верстка Дизайн Зав. РИО Подписано к печати Отпечатано на ризографе Заказ № Тираж Кафедра Оптики Квантоворазмерных Систем образовалась в 2002 году на базе лабораторий ВНЦ ГОИ им.

С.И. Вавилова. В 2005 г преобразована в базовую кафедру при НПК ВНЦ ГОИ им.

С.И. Вавилова.

Кафедра готовит магистров по направлению «Оптотехника» и аспирантов по специальности «Оптика»;

специализируется на создании новых курсов лекций, практикумов и выполнении дипломных работ и диссертаций с использованием передовых достижений науки и современных технологий в области наноструктур, полимерной интегральной оптики, нанокомпозиционных, полимерных и кристаллических нелинейно-оптических и электрооптических материалов и систем, волоконной оптики и систем передачи и обработки оптической информации.

Высокий уровень исследований и технологических работ кафедры подтверждается полученными грантами, научными проектами и хоздоговорными научно исследовательскими работами, а также участием сотрудников и аспирантов кафедры в российских и международных конференциях.

В научных работах кафедры принимают участие 4 аспиранта и 4 студента старших курсов СПб ГУ ИТМО. За 2006 г защищено 5 дипломных работ. Получен диплом 1-й степени аспирантом кафедры Фокиной М.И. на конкурсе научных статей молодых ученых, проведенном на международной конференции ICEPOM-6 в 2006 г.

Состав кафедры: зав. кафедрой, доктор наук И.Ю. Денисюк;

кандидат наук, доцент Л.Н. Капорский;

кандидат наук, доцент Н.Д. Ворзобова, кандидат наук, доцент Л.Н. Аснис, старший преподаватель, Ю.Э. Бурункова, ассистент, М.И. Фокина.

Редакционно-издательский отдел Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики 197101, Санкт-Петербург, Кронверский пр.,

Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.