Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование высокочастотной и сверхвысокочастотной модуляции оптического излучения в волноводных структурах на основе ниобата лития Лебедев Владимир Владимирович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Лебедев Владимир Владимирович. Исследование высокочастотной и сверхвысокочастотной модуляции оптического излучения в волноводных структурах на основе ниобата лития: диссертация ... кандидата Физико-математических наук: 01.04.03 / Лебедев Владимир Владимирович;[Место защиты: ФГАОУВО Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет ЛЭТИ им. В.И.Ульянова (Ленина)], 2016

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Интегрально-оптические модуляторы на основе ниобата лития, обзор литературы 9

1.1 Типы интегрально-оптических модуляторов света и их основные характеристики 9

1.2 Принципы построения и особенности работы интегрально оптических модуляторов на основе ниобата лития 13

1.2.1 Свойства ниобата лития 13

1.2.2 Электроды бегущей волны 18

1.2.3 Дрейф рабочей точки модулятора

1.3 Применение интегрально-оптических модуляторов в системах передачи информации по оптическому волокну 23

1.4 Результаты обзора литературы и постановка задачи исследований 25

Глава 2. Оптимальная конфигурация модулятора бегущей волны на основе ниобата лития 27

2.1 Метод расчёта характеристик модулятора бегущей волны 27

2.1.1 Методика расчёта и используемые приближения 27

2.1.2. Эффективный групповой показатель преломления для модулируемой оптической волны 29

2.1.2 Характеристики волноводов модулирующей СВЧ волны 31

2.1.3 Взаимодействие модулирующей и модулируемой волн 36

2.2 Расчёт оптимальных геометрических параметров модулятора с

электродами на основе серебра при наличии технологических ограничений 40

2.2.1 Модель модулятора 40

2.1.4 Влияние материалов электродов на характеристики модулятора 41

2.2.2 Оптимальная конфигурация модулятора для получения максимальной рабочей полосы частот с учетом технологических ограничений 46

2.2.3 Влияние исследования модулятора с электродами на основе серебра 60

2.3.1 наклона стенок электродов на характеристики модулятора 54

2.3 Экспериментальные Описание экспериментального образца 60

2.3.2 Групповая скорость модулирующей волны и потери в токоведущих частях волновода 61

2.3.3 Рабочая полоса модулятора. 65

2.5 Результаты главы 2 69

Глава 3. Влияние положения рабочей точки электрооптического модулятора на характеристики оптической линии передачи сигналов 72

3.1 Преобразования радиосигнала при прохождении по радиофотонной линии связи 72

3.1.1 Описание модели 72

3.1.2 Коэффициент передачи радиофотонной линии 73

3.1.3 Искажения в радиофотонной линии 78

3.2 Экспериментальная реализация радиофотонной линии 78

3.2.1 Описание экспериментальной установки 78

3.2.2 Сравнение теоретически рассчитанных и экспериментально

измеренных характеристик радиосигнала на выходе радиофотонной линии 3.3 Результаты главы 3 86

Глава 4. Генерация оптических импульсов с использованием интегрально оптических модуляторов на основе ниобата лития 87

4.1 Проблема создания импульсов с большой экстинкцией 87

4.2 Формирование импульса напряжения необходимой формы на электродах интегрально-оптического модулятора. Генератор электрических импульсов с плоским дном. 88

4.3 Верификация формы и экстинкции импульса на выходе модулятора с использованием детектора единичных фотонов 99

4.4 Детектор для измерения формы оптических импульсов с большой экстинкцией 105

4.5 Проблема дрейфа рабочей точки электрооптического модулятора. Система стабилизации рабочей точки. 108

4.6 Результаты главы 4 111

Заключение 112

Основные публикации по теме диссертации 112

Список литературы

Введение к работе

Актуальность разработки и исследования новых методов высокочастотной и сверхвысокочастотной модуляции оптического излучения определила выбор цели диссертационной работы.

Целью работы является разработка и исследование новых методов повышения эффективности высокочастотной модуляции оптических сигналов, разработка устройств высокочастотной модуляции на основе волноводных структур на подложках ниобата лития и демонстрация их работоспособности в практических применениях.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- Построение теоретической модели для выявления взаимосвязи характеристик
модуляторов на подложках ниобата лития с параметрами технологических операций
и материалами, использующимися для их изготовления.

Исследование возможности повышения эффективности модуляции и увеличения пропускной способности волоконно-оптических линий связи при использовании новых форматов модуляции и новых интегрально-оптических модуляторов.

Исследование возможности повышения характеристик высокочастотной модуляции оптических сигналов и волоконно-оптических систем при особых условиях включения интегрально-оптических модуляторов, разработка новых методов управления рабочей точкой.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА В данной работе впервые:

- Проведен анализ влияния материала электродов на характеристики
модуляторов. Произведены теоретический расчёт и экспериментальное исследование
характеристик модулятора бегущей волны с электродами на основе гальванического
серебра. Показано, что более высокая по сравнению с золотом удельная
проводимость материала электродов позволяет расширить полосу частот модуляции и
снижает требования по согласованию групповых скоростей оптической волны и
модулирующей СВЧ волны.

- Исследовано влияние формы электродов на характеристики модулятора и

показано, что наклон стенок электродов, позволяет уменьшить толщину электродов и полуволновое напряжение, однако ограничивает полосу частот модулятора.

- Продемонстрировано увеличение коэффициента передачи аналогового СВЧ
сигнала по волоконно-оптической линии связи с внешним модулятором на основе
LiNbCb и оптическим усилителем работающем в режиме близком к насыщению
путем оптимизации положения рабочей точки модулятора. Проанализированы
нелинейные искажения данной системы.

- Предложен оригинальный метод стабилизации рабочей точки
электрооптического модулятора Маха-Цендера в минимуме прохождения,
использующий для обратной связи нелинейный детектор с усреднением. Разработана
система для генерации когерентных оптических импульсов с высоким
коэффициентом экстинкции (более 40 дБ).

Практическая ценность работы заключается в том, что её результаты могут быть использованы при разработке и создании широкого круга интегрально-оптических устройств для управления оптическим излучением, а также для улучшения характеристик систем имеющих в своём составе электрооптические модуляторы бегущей волны на основе LiNbCb.

Повышение проводимости материала электродов позволяет расширить рабочую полосу СВЧ интегрально-оптических модуляторов бегущей волны на основе ниобата лития, а также снизить требования по согласованию скоростей оптического и модулирующего сигналов.

Увеличение наклона боковых стенок электродов позволяет снизить толщину электродов и диэлектрического буферного слоя, соответствующих точному выполнению условия согласования скоростей, что при неизменной длине активной зоны модулятора приводит к снижению полуволнового напряжения на низких частотах, однако уменьшает полосу частот за счет увеличения высокочастотных потерь в электродах.

В радиофотонных трактах, содержащих оптический усилитель и СВЧ модулятор на основе интерферометра Маха-Цендера, максимальный коэффициент передачи ВЧ сигнала наблюдается при смещении рабочей точки модулятора из квадратуры в сторону меньшего пропускания оптической мощности.

Стабилизация рабочей точки СВЧ электрооптического модулятора Маха-Цендера в минимуме прохождения с использованием нелинейного детектирования позволяет реализовать генерацию когерентных оптических импульсов с высоким (>40 дБ) коэффициентом экстинкции.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались

на следующих конференциях, семинарах и школах: V Всероссийская научно-техническая конференция "Электроника и микроэлектроника СВЧ», 1st International School and Conference Saint-Petersburg OPEN on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostractures, 2nd International School and Conference Saint-Petersburg OPEN on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostractures, 2014 International Conference Laser Optics, 17th International Conference «Laser Optics 2016»

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Объём работы составляет 126 страниц, включая 46 рисунков и 6 таблиц. Список литературы содержит 124 наименования.

В диссертации использованы только те результаты, в получении которых автору принадлежит определяющая роль. Опубликованные работы написаны в соавторстве с членами научной группы. В совместных работах диссертант принимал участие в моделировании, расчётах, в создании экспериментальных установок, проведении экспериментов и интерпретации результатов. Постановка задач исследований осуществлялась научным руководителем.

Дрейф рабочей точки модулятора

Одним из самых значительных недостатков модуляторов Маха-Цендера на основе ниобата лития является в наличии явления т. н. дрейфа рабочей точки, которое вызывает медленный дрейф напряжения, прикладываемого к электродам модулятора для удержания интерферометра модулятора в необходимой рабочей точке [58–64].

В результате возникает необходимость постоянной подстройки напряжения смещения на электродах модулятора с целью удержания интерферометра Маха-Цендера в обусловленной применением оптимальной рабочей точке (в квадратуре, в точке минимума пропускания и т. д.)

Существует несколько механизмов, приводящих к дрейфу рабочей точки. Внешними источниками дрейфа являются изменения воздействующих на кристалл внешних факторов, таких как температура, влажность или механическая нагрузка. В некоторых условиях, таких как присутствие источников оптического излучения коротких длин волн и большой мощности, фотоиндуцированные процессы также могут внести вклад в явление дрейфа. Помимо этого, существуют внутренние источники дрейфа, которые связаны с перераспределением электрического заряда внутри структур модулятора [65]. Также следует отметить, что при определённых условиях в интегрально-оптических устройствах на основе ниобата лития фоторефрактивный эффект становится значимым на длинах волн порядка 1,5 мкм, что может повлиять на рабочую точку модулятора [66].

Несмотря на то, что исследованию явлений дрейфа рабочей точки в модуляторах на основе ниобата лития и его минимизации посвящено множество работ, явление дрейфа рабочей точки в современных модуляторах присутствует, а его природа до конца не изучена.

Основным способом борьбы с дрейфом рабочей точки является использование систем автоматического регулирования с обратной связью [65,67,68]. Часть мощности с выхода модулятора перенаправляется на фотодетектор, который преобразует оптическую мощность в электрический сигнал, используемый в последствии для коррекции напряжения смещения. При этом часто для определения текущего положения рабочей точки относительно оптимума на модулятор вместе с непосредственно напряжением смещения подаётся так называемый «пилотный» сигнал [67–69].

Интегрально-оптические модуляторы на основе ниобата лития находят применения во множествах типов систем передачи информации оп оптическому волокну.

Из всего спектра систем особенно требовательными к характеристикам модуляторов являются системы передачи ВЧ и СВЧ сигналов по оптическому волокну, интерес к которым возрос в последние годы [70]. Это вызвано в том числе широким кругом перспективных применений таких систем, таких как распределение высокочастотной несущей, фазированные антенные решётки и т.д. [71]. Важнейшим параметром, характеризующим такие системы является коэффициент передачи системы, вычисляемым как отношение мощности ВЧ сигнала на выходе системы к мощности, подаваемой на вход. Типичное значение коэффициента передачи таких систем лежит в диапазоне -20 – -30 дБ [72]. Такое низкое значение объясняется малой эффективностью преобразования сигнала в оптический спектр для передачи по волокну и обратного преобразования в электронный вид. Непосредственно потери при передаче сигнала определяются потерями в оптическом волокне и являются достаточно низкими, порядка 0,5 дБ/км.

Одним из путей повышения коэффициента передачи может являться повышение мощности оптической несущей [73], однако существуют фундаментальные ограничения, связанные с нелинейными оптическими эффектами в оптических волноводах [74] и технологическими проблемами создания оптического фотоприёмника с одновременно высоким током насыщения и широкой рабочей полосой частот [75]. При этом в [76] показано, что смещение рабочей точки из квадратуры способно улучшить соотношение сигнал/шум. В [77] исследовались нелинейные искажения для оптических линий с внешней модуляцией при нахождении рабочей точки в квадратуре. В [71] показано влияние смещения рабочей точки на коэффициент передачи при наличии в линии эрбиевого усилителя, однако влияние такого смещения на нелинейные искажения в сигнале показано не было.

Эффективный групповой показатель преломления для модулируемой оптической волны

В процессе формирования интегрально-оптических СВЧ структур существуют технологические ограничения, в следствие чего имеются ограничения на геометрические параметры формируемых структур.

Одним из таких ограничений является толщина формируемых электродов: формирование достаточно толстых электродов представляет из себя сложную технологическую проблему. Другим ограничением является расстояние между оптическими волноводами в формируемом интерферометре Маха-Цендера. При слишком близком расположении волноводов возникает эффект перекачки энергии между волноводами. Минимальное расстояние, на котором возможно расположить волноводы друг от друга при этом будет определяться конкретной технологией изготовления волновода и требованиями к коэффициенту экстинкции модулятора. Наименее подвержены перекачке энергии волноводы, поле в которых сконцентрировано в меньшем объёме [111].

Была проведена серия расчётов характеристик структур с электродами на основе серебра (а = 1,64 10"8Ом-м). Расчёт проводился для толщин буферного слоя в диапазоне 0.2 - 2,5 мкм, G=13 мкм, толщин электродов Те=5, 10, 15, 20, 25 мкм. Длина активной области принималась равной 27 мм. Расстояние между волноводами W+G= 27 мкм. Графики зависимости эффективного показателя преломления модулирующей волны, рабочей полосы модулятора и волнового сопротивления электродов от буферного слоя для различных толшин электродов представлены на графиках (рисунки 2.5-2.7) Рисунок 2.5. График зависимости эффективного показателя преломления модулирующей волны от толщины буферного слоя для различных толшин электродов.

Как можно видеть, увеличение толщины буферного слоя и толщины электродов приводит к падению эффективного показателя преломления СВЧ волны, поскольку увеличивается доля энергии электрического поля, расположенная в областях с более низкой чем у ниобата лития диэлектрической проницаемостью: в диоксиде кремния и воздухе. Рисунок 2.6. График зависимости рабочей полосы модулятора от толщины буферного слоя для различных толшин электродов. Рисунок 2.7. График зависимости волнового сопротивления электродов от буферного слоя для различных толшин электродов.

Волновое сопротивление с увеличением толщины буферного слоя растёт вследствие уменьшения погонной ёмкости волновода в соответствие с (2.15).

Из зависимостей видно, что толщина буферного слоя может быть эффективно использована в качестве параметра для коррекции ошибок и погрешностей на этапе осаждения толстых металлических слоев, представляющего наибольшие технологические трудности. Зависимость полосы частот от толщины буферного слоя имеет максимум. Максимальная полоса пропускания достигается при толщине буферного слоя, близкой к толщине буферного слоя соответствующей согласованию скоростей модулирующей и модулируемой волн, но не строго равной ей. Этот эффект объясняется наличием потерь в проводниках и диэлектриках и главным образом зависимостью коэффициента потерь в проводниках от волнового сопротивления и, соответственно, от толщины буферного слоя.

Зависимость оптимальной толщины буферного слоя с точки зрения оптимальной рабочей полосы пропускания от толщины электродов, а также величина полосы пропускания при оптимальной толщине буферного слоя приведены на графиках (рисунки 2.8-2.9).

Особый интерес представляет вопрос влияния расстояния между волноводами на рабочую полосу модулятора. Зависимости оптимальной толщины буферного слоя при G=13 мкм, Te=20 мкм, и соответствующих ей рабочей полосы и волнового сопротивления приведены на графиках (рисунки 2.10-2.12).

Описание экспериментальной установки

Важной характеристикой радиофотонной линии передачи является коэффициент передачи. При этом различают радиофотонные линии с прямой модуляцией источника лазерного излучения и линии с внешней модуляцией, которые имеют ряд преимуществ над линиями с прямой модуляцией [2]. Коэффициент передачи таких линий оказывается ограничен такими факторами как доступная мощность используемого источника лазерного излучения и нелинейными эффектами в волокне. Увеличение коэффициента передачи возможно включением в линию оптического усилителя мощности.

Блок схема радиофотонной линии передачи сигнала с внешней модуляцией и эрбиевым усилителем представлена на рисунке 3.1.

Модель радиофотонной линии передачи сигнала Исходный электрических сигнал попадает по на вход модулятора. Рабочая точка модулятора при этом устанавливается с помочью источника напряжения. Оптическое излучение лазера проходит через модулятор и промодулированное излучение усиливается эрбиевым усилителем. Результирующий сигнал впоследствии детектируется фотодетектором, включенным в обратном смещении. С выхода детектора снимается выходной сигнал.

Зависимость оптической мощности на выходе электрооптического модулятора Маха-Цендера от времени при приложении суммы синусоидального напряжения Vrf и напряжения смещения Vbias, при условии пренебрежения потерями, описывается выражением [112]: Где PMz(t) - мощность на выходе модулятора Маха-Цендера, Piaser — выходная мощность лазера, Уж — полуволновое напряжение RF электродов модулятора, Vjftias — полуволновое напряжение bias-электродов модулятора, Vbias — напряжение смещения рабочей точки модулятора, Vrf — напряжение модулирующего сигнала на RF входе модулятора, СО— частота модулирующего сигнала. Используя разложение Якоби-Ангера:

После модулятора сигнал попадает на вход волоконно-оптического эрбиевого усилителя. Коэффициент усиления эрбиевого усилителя при этом может быть описан эмпирическим выражением [113] где G0 — коэффициент усиления малого сигнала, PMZ — оптическая мощность на выходе из модулятора, Psat.out — выходная мощность насыщения усилителя, —параметр.

После прохождения эрбиевого усилителя, сигнал проходит по оптическому волокну и попадает на фотодетектор. Таким образом, в пренебрежении оптическими потерями с системе, фотодетектор, включённый в режиме обратного смещения, будет создавать фототок I(t) = PMZ(t)GEDFAR (3.6) Где R – чувствительность фотодетектора. В случае, если фотодетектор нагружен на сопротивление r, мощность первой гармоники сигнала ВЧ выходе фотодетектора будет описываться выражением

Из выражения (3.3) следует, что при смещении рабочей точки модулятора из квадратуры в сторону меньшего пропускания оптического излучения, увеличивается отношение оптической мощности, осциллирующей на частоте 1-й гармоники, к постоянной составляющей мощности (рисунок 3.2).

Характерный график зависимости коэффициента усиления на выходе эрбиевого усилителя от средней мощности на его входе. График построен для =1, G0 =200

При этом также в соответствие с (3.5) растёт коэффициент усиления эрбиевого усилителя вследствие падения средней мощности его на входе (рисунок 3.3). Оба эти эффекта дают вклад в увеличение коэффициента передачи радиофотонного тракта. 3.1.3 Искажения в радиофотонной линии

В качестве меры нелинейных искажений будем использовать амплитуды 2-й и 3-й гармоники, считая, что высшие гармоники не представляют интереса вследствие выхода за рабочую полосу регистрирующих устройств. Коэффициент нелинейных искажений по мощности определим как

Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 3.4. В качестве источника лазерного излучения служил полупроводниковый лазер c центральной длинной волны 1551 нм и регулируемой выходной мощностью до 20 мВт, сигнал с которого подавался на модулятор. В качестве электрооптического модулятора служил опытный образец электрооптического модулятора бегущей волны на основе ниобате лития с полуволновым напряжением 6 В, шириной полосы модуляции до 6 ГГц и оптическими потерями 5 дБ аналогичный описанному в главе 2. Источником сигнала для подачи на bias-вход модулятора с целью контроля рабочей точки служил источник постоянного напряжения, с выходным диапазоном -20..+20 В. В качестве генератора для подачи сигнала на RF-вход электрооптического модулятора использовался генератор сигналов синусоидальной формы частотой до 100 МГц с возможностью регулировки амплитуды выходного напряжения в диапазоне 0-1 В. После прохождения модулятора оптический сигнал подавался на вход эрбиевого волоконного усилителя мощности с накачкой на длине волны 980 нм, осуществляемой одновременно с двух сторон эрбиевого волокна (попутно и встречно) через WDM-делители. Мощность насыщения волоконно-оптического усилителя могла регулироваться путем изменения мощности лазерных диодов накачки. После усилителя сигнал ослаблялся и поступал на фотоприёмник. В качестве фотоприёмника был использован широкополосный фотоприёмник с чувствительностью 0.7 A/Вт и полосой частот 16 ГГц, максимальным напряжением обратного смещения 20 В (ДФДМШ40-16 производства НПФ «Дилаз»). Обратное смещение для фотодетектора подавалось с источника постоянного напряжения и составляло 10 В. Предельно допустимый обратный фототок для данного фотоприёмника составляет 4 мА. Для исключения повреждения фотоприёмника сигнал на него поступал через оптический аттенюатор с коэффициентом ослабления 10 дБ. Введение данного оптического аттенюатора позволило увеличить максимально допустимую мощность сигнала на выходе эрбиевого усилителя до величины порядка 55 мВт.

Верификация формы и экстинкции импульса на выходе модулятора с использованием детектора единичных фотонов

Генерация оптических импульсов с высокой экстинкцией используется в оптоволоконных системах с временным мультиплексированием, системах когерентной рефлектометрии, системах квантового распределения ключей. При этом величина экстинкции импульсов в таких системах влияет на уровень шумов и динамический диапазон [78,79].

Одним из методов генерации импульсов с высокой экстинкцией является использование высококогерентного источника лазерного излучения постоянной мощности в совокупности с внешним высокочастотным LiNbO3 модулятором Маха-Цендера, обладающего высоким коэффициентом экстинкции. При этом генерация высокочастотных импульсов обладающих высокой экстинкцией с использованием LiNbO3 модулятора, обладающего высокой статической экстинкцией является нетривиальной задачей.

Одной из проблем при применении данного метода является создание корректной формы импульса напряжения на электродах модулятора. Стандартные генераторы прямоугольных импульсов, как правило, имеют неспецифицированный параметр времени установления при работе на произвольную нагрузку.

Другой проблемой является присутствие в LiNbO3 модуляторах Маха-Цендера явления дрейфа рабочей точки, вследствие чего необходима постоянная коррекция напряжения смещения для удержания рабочей точки интерферометра в минимуме пропускания, при этом определение положения рабочей точки является нетривиальной задачей, поскольку это требует измерения пропускаемой оптической мощности на дне импульса на фоне превышающей её на 4-5 порядков оптической мощности на пике импульсов. Также отдельной проблемой является контроль экстинкции сгенерированных импульсов, вследствие недостаточного динамического диапазона и переходных процессов стандартного измерительного оборудования.

Одним из основных параметров, определяющих форму оптического импульса с большой экстинкцией на выходе интегрально-оптического модулятора, является форма электрического импульса на его входе. Генерация импульса, обеспечивающего быстрое переключение модулятора из состояния с большой пропускаемой оптической мощностью в состояние с низкой пропускаемой мощностью за короткое время представляет из себя отдельную проблему. Для коммерчески доступных генераторов импульсов форма импульса на выходе генератора при смене высокого уровня напряжения на низкий, как правило, не специфицирована.

Зависимость мощности на выходе электрооптического модулятора Маха-Цендера, рабочая точка которого находится в минимуме, от напряжения описывается при пренебрежениями оптическими потерями на ввод уравнением

При этом данное выражение описывает стационарный случай. В случае подачи напряжения, зависящего от времени на модулятор Маха-Цендера выполненный на основе ниобата лития, выходная мощность модулятора вследствие присутстивя в различных эффектов, таких как пьезо-электрические эффекты, эффекты перераспределения зарядов и.т.п. будет зависеть от времени и от формы подаваемого импульса V(t). В случае пренебрежения такого рода эффектами, т.е. при рассмотрении сигналов таких областей частот, где данные эффекты слабы, для оценки коэффициена экстинкции можно воспользоваться квазистационарным приближением. Таким образом, рассматривая квазистационарный случай, в случае если имеется ошибка выставления закрывающего напряжения Verr коэффициень экстинкции будет описываться формулой. K (V ) =

Для получения минимальной ошибки напряжения на электродах модулятора за максимально короткое время после начала его переключения из открытого состояния в закрытое, может использоваться особый класс устройств - генераторы импульсов с плоским дном (Flat-Bottom Pulse Generator, FBPG) конструкции подобных устройств описаны в литературе [115–118]

Исследовалась конструкция генератора импульса, подобная описанной в [118]. Генератор представляет из себя составное устройство, в котором к коммерчески доступному генератору с 50-омным выходом, генерирующего последовательность двуполярных импульсов, последовательно в линию включается высокоскоростной полупроводниковый диод (рисунок 4.1). Роль нагрузки при этом выполняет интегральнооптический модулятор бегущей волны.

Вследствие сложности прямого измерения времени установления в такой системе, по причинам, описанным в главе 4.1, исследование формы импульса на выходе такого генератора производилось методом моделирования в SPICE-симуляторе. В качестве модулятора, использовался модулятор бегущей волны с экстинкцией, превышающей 40 дБ.

С целью характеризации модулятора как линейной электрической нагрузки с помощью векторного анализатора были произведены измерения комплексного значения параметра S11 в диапазоне 10 МГц - 5 ГГц при подключении 1-го порта анализатора к RF-порту модулятора.

На основе полученных данных модулятор был приближённо представлен эквивалентной схемой, представленной на рисунке 4.2. , где ZQ волновое сопротивление измерительной системы. В данном случае ZQ= 50 Ом.

Для оценки качества представления RF-порта модулятора эквивалентной схемой, в соответствие с выражением (4.4) из полученного в результате модулирования импеданса был вычислен параметр Sn. Сравнение измеренного в ходе эксперимента и вычисленного таким образом параметров Sn приведено на графиках. С целью лучшего графического представления скачки фазы, связанные с переходом фазы через значения равные ±, были устранены. Рисунок 4.3. Измеренные амплитуда и фаза параметра S11 модулятора (пунктирная линия) и полученные в результате симуляции амплитуда и фаза параметра S11 схемы замещения модулятора (сплошная линия) при измерении 50-ом системой. В качестве полупроводникового диода для генератора импульса с плоским дном выступал диод Шоттки HSMS-282. Параметры расширенной SPICE-модели диода HSMS-282, использовавшейся в симуляции, приведены в таблице 4.2.