ISSN: 2306-2819
Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Радиотехнические и инфокоммуникационные системы»
Анализатор амплитудно-частотных характеристик широкополосных электрооптических и оптоэлектронных устройств с минимизацией структуры и расширением диапазона измерений
PDF
Опубликована: 2023-08-07
Выпуск
№ 1(57) (2023)
Раздел
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ

Аннотация

Основной характеристикой, определяющей эффективность применения электрооптических (модуляторы) и оптоэлектронных (фотодетекторы) устройств в высокоскоростных оптоволоконных линиях связи является их широкополосная амплитудно-частотная характеристика. Статья посвящена анализу высокоскоростных и точных методов для измерения амплитудно-частотной характеристики и разработке на их основе универсального метода и анализатора с минимизацией структуры и расширением диапазона измерений. В качестве базового блока анализатора используется калиброванный амплитудный модулятор Маха–Цендера, включаемый перед вторым таким же модулятором, для анализа амплитудно-частотной характеристики широкополосного фотодетектора. При этом оба модулятора работают в «нулевой» рабочей точке, реализуя двухкаскадную амплитудно-фазовую модуляцию по методу Ильина–Морозова для преобразования одночастотного когерентного излучения сначала в двухчастотное, а затем в двухполосное двухчастотное зондирующее излучение. Если второй амплитудный модулятор Маха–Цендера является тестируемым, то для измерения его амплитудно-частотной характеристики применяется калиброванный широкополосный фотодетектор. В обоих случаях на вход широкополосного фотодетектора поступает двухполосное двухчастотное зондирующее излучение, по результатам фотосмешения компонент которого определяется амплитудно-частотная характеристика тестируемого устройства, при сканировании разностной частоты одного из формируемых двухчастотных излучений в заданном диапазоне. В результате разработан анализатор с минимизированной структурой, состоящей из двух АММЦ и широкополосный фотодетектор, при этом в первом случае диапазон измерения увеличен в два, а во втором – в четыре раза по сравнению с диапазоном сканирования.

Биографии авторов

В. С. Соколов, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

аспирант кафедры конструирования и технологии производства электронных средств, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ. Область научных интересов – CAD-системы, конструирование волоконно-оптических систем связи. Автор пяти научных публикаций.

А. В. Мальцев, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

аспирант кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ. Область научных интересов – микроволновая фотоника; радиолокация. Автор пяти научных публикаций.

О. Г. Морозов, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ. Область научных интересов – микроволновая фотоника. Автор 455 научных публикаций и патентов.

Г. А. Морозов, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ. Область научных интересов – антенны, микроволновые технологии, микроволновая фотоника. Автор 350 научных публикаций и патентов.

Г. И. Ильин, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры электронных и квантовых средств передачи информации, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ. Область научных интересов – лазерные и радиотехнические системы, теория потенциальной помехоустойчивости. Автор 250 научных публикаций и патентов.

Рус. Ш. Мисбахов, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

кандидат технических наук, доцент кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ. Область научных интересов – интеллектуальные телекоммуникации, волоконно-оптические датчики. Автор 55 научных публикаций и патентов.

Рин. Ш. Мисбахов, КНИТУ им. А.Н. Туполева–КАИ

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ. Область научных интересов – интеллектуальная энергетика, волоконно-оптические датчики. Автор 253 научных публикаций и патентов.

Литература

1. Морозов О.Г., Ильин Г.И. Амплитудно-фазовая модуляция в системах радиофотоники // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2014. № 1 (20). С. 6-42.
2. Photonics for microwave measurements / X. Zou, B. Lu, W. Pan et al. // Laser Photon. Rev. 2016. Vol. 10(5). Pp. 711-734.
3. Pan S., Zhang Y. Microwave Photonic Radars // Journal of Lightwave Technology. 2020. Vol. 38(19). Pp. 5450-5484.
4. Kawanishi T. Precise optical modulation and its application to optoelectronic device measurement // Photonics. 2021. Vol. 8. P. 160.
5. Kawanishi T., Sakamoto T., Izutsu M. High-speed control of lightwave amplitude, phase, and frequency by use of electrooptic effect // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2007. Vol. 13. Pp. 79-91.
6. Development of lightwave frequency response analyzer for characterizing O/E conversion devices / K. Inagaki, T. Kawanishi, H .Iwai et al. // In Proceedings of the 2014 International Topical Meeting on Microwave Photonics (MWP) and the 2014 9th Asia-Pacific Microwave Photonics Conference (APMP). 2014. Pp. 113-116.
7. Relative frequency response measurement of Mach-Zehnder modulators utilizing dual-carrier modulation and low-frequency detection / Z.Y. Zhang, W. Lyu, Y. Liu et al. // Optics Express. 2022. Vol. 30. № 16. Pp. 285569-28576.
8. Development of swept frequency method for measuring frequency response of PDs based on harmonic analysis / B. Zhang, N. Zhu, W. Han et al. // IEEE Photonics Technol. Lett. 2009. Vol. 21. Pp. 459-461.
9. Inagakia K., Kawanishi T., Izutsu M. Optoelectronic frequency response measurement of photo¬diodes by using high-extinction ratio optical modulator // IEICE Electron. Express. 2012. Vol. 9. Pp. 220-226.
10. Ultrahigh-Resolution Optical Vector An-alyzers / O. Morozov, I. Nureev, A. Sakhabutdinov et al. // Photonics. 2020. Vol. 7. № 1. P. 14.
11. Ultra-flat and broadband optical frequency comb generator via a single Mach-Zehnder modulator K. Qu, S. Zhao, X. Li et al.// IEEE Photonics Technol. Lett. 2017. Vol. 29. Pp. 255-258.
12. Dual-wavelength light source assisted frequency response measurement method of PDs / J. Sun, B. Xu, D. Shi et al. // IEEE Photonics Technol. Lett. 2021. Vol. 33. Pp. 695-698.
13. Морозов О.Г., Айбатов Д.Л., Садеев Т.С. Синтез двухчастотного излучения и его применение в волоконно-оптических системах распределенных и мультиплексированных измерений // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2010. Т. 13. № 3. С. 84-91.
14. Sadeev T.S., Morozov O.G. Investigation and analysis of electro-optical devices in implementation of microwave photonic filters // Proc. of SPIE. 2012. Vol. 8410. P. 841007.
15. Two-frequency analysis of fiber-optic structures / O.G. Morozov, D.L. Aibatov, G.I. Ilyin et al. // Proc. of SPIE. 2006. Vol. 6277. P. 62770E.
16. Ильин Г.И., Морозов О.Г., Польский Ю.Е. А.С. СССР 1477130. Двухчастотный лазерный излучатель // Заявитель КАИ им. А.Н. Туполева; заявл. 03.03.86; опубл. 20.07.2004. Бюлл. 2004. № 20.
17. Two-frequency DSB-SC modulation for relative frequency response measurement of Mach-Zehnder amplitude modulators / O.G. Morozov, A.Zh. Sakhabutdinov, V.S. Sokolov, et al. // In proceedings of 2023 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. 2023. Pp. 1-4.
18. Кузнецов А.А. Концепция построения радиофотонных оптических векторных анализаторов нового типа // Электроника, фотоника и киберфизические системы. 2021. Т. 1. № 1. С. 47-55.
19. Кузнецов А.А. Сравнительная оценка способов формирования излучений в виде сверхузкополосного пакета дискретных частот // Инженерный вестник Дона. 2021. № 9. С. 8.
20. Kuznetsov A.A. Optical vector analyzers for multiplicative fiber optic sensors probing. formulation of the problem // In proceedings of 2021 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. 2021. Pp. 1-5.
21. Измерение мгновенной частоты микроволновых сигналов с использованием тандемной амплитудно-фазовой модуляции в оптическом диапазоне / О.Г. Морозов, И.И. Нуреев А.Ж. Сахабутдинов и др. // Фотон-экспресс. 2019. № 5 (157). С. 16-24.
22. Радифотонный метод измерения мгновенных частот множества радиосигналов на основе аддитивного частотного смещения с расширенным диапазоном измеряемых частот / А.А. Иванов, О.Г. Морозов, А. Ж. Сахабутдинов и др. // Фотон-экспресс. 2019. № 6 (158). С. 85-86.
23. Метод формирования двухчастотного излучения для синтеза солитонов и применения спектрально-эффективной модуляции RZ и CSRZ форматов в оптических сетях доступа / А.А. Талипов, О.Г. Морозов, Г.И. Ильин и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2012. № 2 (16). С. 3-12.
24. Радиофотонный метод определения доплеровского изменения частоты отражённого радиолокационного сигнала на основе тандемной амплитудно-фазовой модуляции / О.Г. Морозов, Г.А. Морозов, Г.И. Ильин и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2021. № 2 (50). С. 63-75.
25. Радиофотонный метод определения угла прихода отражённого радиолокационного сигнала на основе тандемной амплитудно-фазовой модуляции / О.Г. Морозов, Г.А. Морозов, Г.И. Ильин и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2021. № 1 (49). С. 50-62.
Читать полностью