RU2675410C1 - Radiophotonic broadband reception tract on the basis of whispering mode modulator with laser noise suppression - Google Patents
Radiophotonic broadband reception tract on the basis of whispering mode modulator with laser noise suppression Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675410C1 RU2675410C1 RU2018106463A RU2018106463A RU2675410C1 RU 2675410 C1 RU2675410 C1 RU 2675410C1 RU 2018106463 A RU2018106463 A RU 2018106463A RU 2018106463 A RU2018106463 A RU 2018106463A RU 2675410 C1 RU2675410 C1 RU 2675410C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- modulator
- radio
- laser
- mode modulator
- Prior art date
Links
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 98
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 12
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 241000218642 Abies Species 0.000 description 1
- 241001235661 Acteon Species 0.000 description 1
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100456571 Mus musculus Med12 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000005699 Stark effect Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/70—Photonic quantum communication
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике волоконно-оптической связи, в частности к радиофотонным приемным трактам для систем связи и радаров, а более конкретно к широкополосным приемным трактам радиофотонных приемно-передающих модулей АФАР (ППМ РОФАР) для малошумящего приема слабых широкополосных сигналов от широкополосных антенн или антенных решеток.The invention relates to techniques for fiber-optic communication, in particular to radio photon receiving paths for communication systems and radars, and more particularly to broadband receiving paths of radio photon receiving and transmitting AFAR modules (PPM ROFAR) for low-noise reception of weak broadband signals from broadband antennas or antenna arrays .
Для широкого спектра применений в современных системах связи, радиолокации, навигации, радиоастрономии и т.д. необходимо принимать слабые широкополосные сигналы мощностью 10-12…10-13 Вт непосредственно от широкополосных антенн с последующей трансляцией их по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) на высокочувствительные фотоприемные устройства [1-5].For a wide range of applications in modern communication systems, radar, navigation, radio astronomy, etc. it is necessary to receive weak broadband signals with a power of 10 -12 ... 10 -13 W directly from broadband antennas with their subsequent transmission via fiber-optic communication lines (FOCL) to highly sensitive photodetector devices [1-5].
Однако, абсолютное большинство таких приемных трактов выполнено по схеме с малошумящим электронным усилителем (МШУ) на антенном выходе, что сильно снижает динамический диапазон, увеличивает энергопотребление, делает антенны энергозависимыми и сводит на нет потенциально абсолютную устойчивость радиофотонных приемных трактов к ЭМИ, СКИ и другим видам преднамеренных и непреднамеренных мощных широкополосных и сверхширокополосных помех [6-8].However, the vast majority of such receiving paths are designed according to the scheme with a low-noise electronic amplifier (LNA) at the antenna output, which greatly reduces the dynamic range, increases power consumption, makes the antennas energy-dependent, and negates the potentially absolute stability of radio-photon receiving paths to EMP, SRS, and other types intentional and unintentional powerful broadband and ultra-wideband interference [6-8].
Применение МШУ на антенном входе является вынужденной мерой, в том числе, из-за большого коэффициента шума (Кш) и малого коэффициента передачи (Кп) таких ВОЛС, достигающего значений порядка 30 дБ и - 25 дБ соответственно [2, 9].The use of the LNA at the antenna input is a necessary measure, including due to the large noise figure (Ksh) and low transmission coefficient (Kp) of such fiber optic links, reaching values of the order of 30 dB and –25 dB, respectively [2, 9].
Такие значения являются следствием большого эквивалентного полуволнового напряжения оптических модуляторов Vπ, которое, как правило, составляет несколько вольт на высоких частотах, а также значительных внутренних потерь в применяемых оптических модуляторах (интегрально-оптических модуляторах с интерферометрами Маха-Цендера, электроабсорбционных оптических модуляторов (EAM) использующих эффект Франца-Келдыша, эффект Штарка, а также при прямой токовой модуляции гетеролазеров и.т.д). [2, 10-12].Such values are a consequence of the large equivalent half-wave voltage of the optical modulators Vπ, which, as a rule, is several volts at high frequencies, as well as significant internal losses in the applied optical modulators (integrated optical modulators with Mach-Zehnder interferometers, electroabsorption optical modulators (EAM) using the Franz-Keldysh effect, the Stark effect, as well as with direct current modulation of heterolasers, etc.). [2, 10-12].
Поэтому, несмотря на применение различных схем шумоподавления для ВОЛС с модуляторами Маха-Цендера (MZ-модуляторы), которые в двухтактных схемах включения модуляторов дают снижение Кш на 10-20 дБ, его уровень остается на порядок большим, чем у электронных МШУ, имеющих Кш менее нескольких дБ.Therefore, despite the use of various noise reduction schemes for FOCLs with Mach-Zehnder modulators (MZ modulators), which in push-pull switching modulators provide a 10–20 dB Ksh reduction, its level remains an order of magnitude higher than that of electronic LNAs with Ksh less than a few dB.
Из ряда оптических модуляторов выделяются в лучшую сторону оптические модуляторы, на основе микрорезонаторов на модах шепчущей галереи (ММШГ-резонаторов) или, иначе, ММШГ-модуляторы, имеющие потенциально меньшее эквивалентное полуволновое напряжение (Vπ менее 1 В) [2,13], что в сочетании с эффективными системами ввода-вывода оптической энергии и сверхмалыми габаритами делают их одними из наиболее перспективными для реализации входных каскадов ВОЛС без МШУ.Optical modulators are distinguished from a number of optical modulators for the better, based on microcavities on whispering gallery modes (MMSB resonators) or, otherwise, MMSB modulators having a potentially lower equivalent half-wave voltage (Vπ less than 1 V) [2,13], which in combination with effective optical energy input-output systems and ultra-small dimensions make them one of the most promising for the implementation of fiber optic input stages without LNA.
Например, был реализован приемный антенный тракт без МШУ с чувствительностью несколько пиковатт (3*10-12 Вт) [5], который был выполнен по схеме, близкой к предложенной в патенте US 6473218 «Light modulation in whispering-gallery-mode resonators», опубликованный 29 окт. 2002 года [14].For example, a receiving antenna path without LNA was implemented with a sensitivity of a few picowatts (3 * 10 -12 W) [5], which was performed according to a scheme close to that proposed in US patent 6473218 “Light modulation in whispering-gallery-mode resonators”, published Oct 29. 2002 [14].
Еще один шаг к повышению чувствительности может быть сделан благодаря работе приемного тракта с ММШГ - модулятором с одной боковой полосой (SSB), причем несущую частоту с другой боковой полосой можно вырезать оптическим полосовым фильтром, реализованным еще на одном ММШГ-резонаторе [15].Another step towards increasing the sensitivity can be made thanks to the operation of the receiving path with a MMSB - modulator with one sideband (SSB), and the carrier frequency with another sideband can be cut out with an optical bandpass filter implemented on another MMSB resonator [15].
Однако дальнейшему повышению чувствительности таких модуляторов препятствует, прежде всего, собственный шум лазеров питания (накачки) ММШГ-модуляторов, которые имеют относительный шум (RIN) в диапазоне -140… - 150 дБ/Гц [2,16], что значительно превышающий квантовый предел (-174 дБ/Гц). Применение здесь комбинированных малошумящих источников, реализованных по схеме - малошумящий маломощный лазер - оптический усилитель (МОРА) [17], здесь невозможно из-за того, что в отличие от MZ-модуляторов, ММШГ-модуляторы имеют ярко выраженную резонансную природу АЧХ благодаря сверхвысокой добротности ММШГ-резонатора, что обуславливает очень высокие требования к минимальной ширине спектра и частотной стабильности лазера.However, a further increase in the sensitivity of such modulators is hindered, first of all, by the intrinsic noise of power (pump) lasers of WMSH modulators that have a relative noise (RIN) in the range of -140 ... - 150 dB / Hz [2,16], which significantly exceeds the quantum limit (-174 dB / Hz). The use here of combined low-noise sources implemented according to the scheme — low-noise low-power laser — optical amplifier (MORA) [17], is impossible here because, unlike MZ modulators, MMSG modulators have a pronounced resonant nature of the frequency response due to ultra-high quality factor An MMSB resonator, which leads to very high requirements for the minimum spectral width and frequency stability of the laser.
1. Известна схема оптической модуляции на основе резонатора на модах шепчущей галереи [18] (фиг. 3 источника), состоящая из лазера питания модулятора, устройства оптической связи с ММШГ-резонатором, ММШГ-резонатора, источника СВЧ сигнала (антенны), устройства связи СВЧ сигнала с ММШГ-резонатором, оптического фильтра, фотодетектора.1. A known optical modulation scheme based on a resonator based on whispering gallery modes [18] (Fig. 3 sources), consisting of a modulator power laser, an optical communication device with a MMSH resonator, a MMSH resonator, a microwave signal source (antenna), and a communication device Microwave signal with MMSH resonator, optical filter, photodetector.
Однако, собственный относительный шум лазера (RIN) питания модулятора серьезно ограничивает чувствительность таких радиофотонных приемных трактов и повышает коэффициент шума [2, 19]:However, the intrinsic relative laser noise (RIN) of the modulator power supply seriously limits the sensitivity of such radio-photon receiving paths and increases the noise figure [2, 19]:
где: Vπ - эквивалентное полуволновое напряжение, Ri - сопротивление источника сигнала, Ro - выходное сопротивление, Po - оптическая мощность лазера, S - токовая чувствительность фотодиода, α - оптические потери, Kpd -коэффициент передачи фотодиода по РЧ, е - заряд электрона, k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, RIN- относительный шум лазера.where: Vπ is the equivalent half-wave voltage, R i is the resistance of the signal source, R o is the output resistance, P o is the optical power of the laser, S is the current sensitivity of the photodiode, α is the optical loss, K pd is the RF transmission coefficient of the photodiode, e is electron charge, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, RIN is the relative noise of the laser.
Поэтому схемы по этому изобретению имеют ряд ограничений и недостатков, делающих принципиально невозможным его применение в качестве сверхвысокочувствительного входного каскада приемного тракта, без электронного МШУ.Therefore, the circuits of this invention have a number of limitations and disadvantages, making it fundamentally impossible to use it as an ultra-sensitive input stage of the receiving path, without electronic LNA.
Даже относительно низкий уровень Vπ порядка 1 В, при RIN лазеров в диапазоне - 140-150 дБ/Гц не гарантирует достижения конкурентоспособного с электронными МШУ значений Кш порядка нескольких дБ и менее, что наглядно иллюстрируется на фиг. 1.Even a relatively low Vπ level of the order of 1 V, with RIN lasers in the range of 140-150 dB / Hz, does not guarantee the achievement of a Ksh value of several dB or less competitive with electronic LNAs, which is clearly illustrated in FIG. one.
Единая задача, на решение которой направлено данное изобретение - качественное повышение чувствительности радиофотонного приемного тракта (ММШГ-приемника) с ММШГ-модуляторами без МШУ на его входе.The only task this invention is directed to is a qualitative increase in the sensitivity of the radio photon receiving path (MMSB receiver) with MMSB modulators without LNA at its input.
Для этого предлагается радиофотонный широкополосный приемный тракт на основе ММШГ-модулятора с подавлением собственных шумов лазера, обеспечивающий качественное повышение чувствительности без применения МШУ на его входе, состоящий из лазера питания модулятора, оптического разветвителя, двух высокодобротных оптических фильтров, устройств оптической связи с ММШГ-резонатором, ММШГ-резонатора, источника СВЧ сигнала (антенны), устройства связи СВЧ сигнала с ММШГ-резонатором, двух оптических фильтров, балансного фотодетектора.For this purpose, a radio-photon broadband receiving path based on an MMSB modulator with suppression of laser noise is proposed, which provides a qualitative increase in sensitivity without the use of an LNA at its input, consisting of a modulator power laser, an optical splitter, two high-quality optical filters, optical communication devices with a MMSG resonator , MMDSH resonator, microwave signal source (antenna), microwave signal communication device with MMSH resonator, two optical filters, balanced photodetector.
Сущность изобретения заключается в реализации дифференциального (пушпульного) режима работы ММШГ-модулятора, в резонаторе которого распространяются навстречу друг другу две оптические моды, разнесенные по оптической частоте на расстояние, равное разности частот между двумя рабочими точками, находящимися на левом (низкочастотном) и правом (высокочастотном) склонах оптической АЧХ ММШГ-резонатора модулятора, благодаря этому обеспечивается двухполярный (комплиментарный) выходной оптический сигнал по двум оптическим волокнам (ОВ) и, подавление собственных шумов лазера питания модулятора на 10-20 дБ, за счет включения на выходе балансного фотодетектора, подавляющего синфазные шумы.The essence of the invention lies in the implementation of the differential (push-pull) mode of operation of the MMSB modulator, in the resonator of which two optical modes propagate towards each other, separated by the optical frequency by a distance equal to the frequency difference between the two operating points located on the left (low-frequency) and right ( high-frequency) slopes of the optical frequency response of the MMSH resonator of the modulator, due to this, a bipolar (complementary) output optical signal is provided along two optical fibers (OB) and Leniye intrinsic noise power laser modulator by 10-20 dB, by including the output of the balanced photodetector suppressing common mode noises.
Принцип работы радиофотонного широкополосного приемного тракта на основе ММШГ-модулятора с подавлением собственных шумов проиллюстрирован на его упрощенной схеме (фиг. 2).The principle of operation of the radio photon broadband receiving path based on the MMSG modulator with the suppression of intrinsic noise is illustrated in its simplified circuit (Fig. 2).
Из малошумящего одномодового диодного лазера (ЛД) 1 с относительно широкой полосой оптического спектра (десятые доли - единицы нм), оптическая мощность подается на оптический разветвитель (ОР) 2, в котором разветвляется на две: первую и вторую симметричные ветви, причем в каждой из ветвей из оптического спектра с помощью узкополосных фильтров, в качестве которых могут применяться ММШГ-резонаторы со сверхвысокой добротностью, порядка 108-109 и более, формируются две узкие полосы с центральными частотами ν1 и ν2.From a low-noise single-mode diode laser (LD) 1 with a relatively wide band of the optical spectrum (tenths - units nm), optical power is supplied to an optical splitter (OR) 2, in which it branches into two: the first and second symmetrical branches, and in each of branches from the optical spectrum with the help of narrow-band filters, which can be used with ultra-high quality QWG resonators, of the order of 10 8 -10 9 or more, two narrow bands with central frequencies ν 1 and ν 2 are formed .
Далее оптические сигналы с подаются на два симметричных оптических входа ММШГ-модулятора, причем a1 - комплексная амплитуда волны в первом волноводе на входе ММШГ-модулятора, а2 - комплексная амплитуда волны во втором волноводе на входе ММШГ-модулятора и частоты ν1 и ν2 симметричны относительно его центральной резонансной частоты v0 и находятся на левом (относительно низкочастотном) и правом (относительно высокочастотном) склонах оптической АЧХ ММШГ-модулятора (фиг. 3).Further, the optical signals c are supplied to two symmetric optical inputs of the MMSB modulator, where a 1 is the complex wave amplitude in the first waveguide at the input of the MMSG modulator, and 2 is the complex wave amplitude in the second waveguide at the input of the MMSG modulator and frequencies ν 1 and ν 2 are symmetrical with respect to its central resonant frequency v 0 and are located on the left (relatively low-frequency) and right (relatively high-frequency) slopes of the optical frequency response of the MMSB modulator (Fig. 3).
Оптические моды с частотами ν1 и ν2 в линейном режиме распространяются независимо друг от друга в резонаторе ММШГ- модулятора, изготовленного из материала с высоким электрооптическим коэффициентом (например, LiNbO3) и под воздействием электрического радиочастотного сигнала с антенны одновременно модулируются в противофазе.Optical modes with frequencies ν 1 and ν 2 in linear mode propagate independently from each other in the resonator of an MMSB modulator made of a material with a high electro-optical coefficient (for example, LiNbO 3 ) and under the influence of an electric RF signal from the antenna are simultaneously modulated in antiphase.
Промодулированные оптические сигналы с комплексными амплитудами волн в первом и втором волноводах b1 и b2 после ММШГ-модулятора выходят в первый и второй выходы соответственно и их несущие и одними из боковых полос фильтруются оптическими фильтрами. Далее они поступают на входы балансного фотодетектора, который детектирует противофазные сигналы, одновременно подавляя синфазные помехи, в том числе и коррелированный RIN лазера питания модулятора.Modulated optical signals with complex wave amplitudes in the first and second waveguides b 1 and b 2 after the WMS modulator are output to the first and second outputs, respectively, and their carriers and one of the side bands are filtered by optical filters. Then they go to the inputs of a balanced photodetector, which detects antiphase signals, while suppressing common mode noise, including the correlated RIN of the modulator power laser.
При соблюдении высокой степени симметричности оптических трактов, типичная степень подавления шумов лазера с помощью балансного фото детектора составляет порядка 10- 20 дБ [2].Subject to a high degree of symmetry of the optical paths, a typical degree of laser noise suppression using a balanced photo detector is of the order of 10–20 dB [2].
Таким образом, повышается чувствительность радиофотонного широкополосного приемного тракта и снижается его коэффициент шума до значений, соизмеримых с электронными МШУ.Thus, the sensitivity of the radio photon broadband receiving path increases and its noise figure decreases to values commensurate with electronic LNA.
Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, одновременно выражается в следующем:A single technical result, which can be obtained by carrying out the invention, is simultaneously expressed in the following:
1. в повышении эффективности модуляции за счет реализации 2-х тактной (2-х полярной) модуляции;1. to increase the modulation efficiency due to the implementation of 2-stroke (2-polar) modulation;
2. в повышении чувствительности радиофотонного широкополосного приемного тракта за счет подавления шумов лазера с помощью балансного фотодетектора;2. to increase the sensitivity of the radio photon broadband receiving path by suppressing laser noise using a balanced photodetector;
3. в уменьшении нелинейных искажений за счет ослабления нечетных гармоник сигнала при детектировании двухтактного сигнала;3. in reducing non-linear distortions due to the weakening of the odd harmonics of the signal when detecting a push-pull signal;
4. в повышении динамического диапазона за счет повышения линейности модуляции;4. in increasing the dynamic range by increasing the linearity of the modulation;
5. в снижении коэффициента шума до значений, соизмеримых с электронными МШУ.5. in reducing the noise figure to values commensurate with electronic LNA.
Указанный единый технический результат при осуществлении изобретения (фиг. 2) достигается тем, что по сравнению с известным радиофотонным приемным трактом РЧ и СВЧ сигналов [17], (рисунок 3 источника), являющейся наиболее близким аналогом к заявляемому, с общими признаками: наличие лазера, оптической линии передачи, устройства оптической связи с ММШГ-модулятором, источника модулирующего радиосигнала (антенны), ММШГ-модулятора, оптического фильтра, фотодетектора, отличающаяся тем, что введен симметричный оптический разветвитель (1:2) 2, симметричная оптическая линия передачи 4, узкополосные оптические фильтры 5 и 6, симметричное устройство оптической связи с ММШГ-модулятором 9, оптический фильтр 12, балансный фотодетектор (на фиг. 2 ФД1 и ФД2) позиция 13, причем относительно широкополосное оптическое излучение накачки из лазера подается на оптический вход симметричного оптического разветвителя (1:2) 2, оптические выходы которого соединены с двумя оптическими линиями передачи 3, 4, которые соединены с первым и вторым узкополосными оптическими фильтрами 5, 6, которые вырезают узкие полосы с центральными оптическими частотами ν1 и ν2, соответствующими центрам низкочастотного и высокочастотного скатов АЧХ оптического резонатора ММШГ-модулятора (фиг. 3), далее оптическое излучение с частотами ν1 и ν2, поступает на первый 8 и второй 9 симметричные устройства оптической связи и вводится в резонатор ММШГ-модулятора 10 и распространяются в линейном режиме независимо навстречу друг другу, одновременно на его электрический вход поступает радиочастотный сигнал из источника РЧ (на фиг. 2 обозначен, как «Антенна») позиция 7, который модулирует обе эти оптические моды, так как модуляция осуществляется за счет смещений противоположных скатов АЧХ ММШГ-резонатора, (левого и правого) под воздействием РЧ сигнала, то промодулированное оптическое излучение находится в противофазе и выходит через симметричные устройства оптической связи 8 и 9 на первый 11 и второй 12 оптические фильтры, которые вырезают по оптической несущей и одной боковой частоте в каждом сигнальном канале для SSB режима. Далее SSB сигналы поступают на входы балансного фотодетектора 13, электрический выход которого 14 является выходом радиофотонного приемного тракта. Несущая и боковая частоты модуляции восстанавливаются стандартным способом [17].The specified single technical result in the implementation of the invention (Fig. 2) is achieved by the fact that, compared with the known radio photon receiving path of RF and microwave signals [17], (Figure 3 of the source), which is the closest analogue to the claimed one, with common features: the presence of a laser , optical transmission line, optical communication device with MMSB modulator, modulating radio signal source (antenna), MMSB modulator, optical filter, photodetector, characterized in that a symmetrical optical splitter (1: 2) 2 is introduced, symmetry egg optical transmission line 4, narrow-band optical filters 5 and 6, a symmetric optical communication device with a WMS modulator 9, an optical filter 12, a balanced photodetector (in FIG. 2 PD1 and PD2) position 13, and relatively broadband optical pump radiation from the laser is supplied to the optical input of a symmetric optical splitter (1: 2) 2, the optical outputs of which are connected to two optical transmission lines 3, 4, which are connected to the first and second narrow-band optical filters 5, 6, which cut narrow bands central optical frequencies ν 1 and ν 2, the respective centers of the low and high frequency response of the optical resonator rays MMSHG modulator (FIG. 3), then the optical radiation with frequencies ν 1 and ν 2 is fed to the first 8 and second 9 symmetrical optical communication devices and is introduced into the resonator of the MMSG modulator 10 and propagated in a linear mode independently towards each other, at the same time the radio frequency the signal from the RF source (in Fig. 2 is designated as “Antenna”) position 7, which modulates both of these optical modes, since the modulation is carried out due to the displacements of the opposite slopes of the frequency response of the MMSH resonator (left and right) under the influence of P signal, the modulated optical radiation is in antiphase and exits through the symmetric optical communication device 8 and 9 to the first 11 and second 12 optical filters which cut on the optical carrier and a sideband signal in each channel for SSB mode. Next, the SSB signals are fed to the inputs of a
Благодаря применению в схеме радиофотонного приемного тракта двухтактной модуляции и балансного фотодетектора, который детектирует противофазные сигналы, одновременно подавляя синфазные помехи, в том числе и коррелированный собственный шум лазера питания модулятора, увеличивается чувствительность и одновременно уменьшается зависимость от RTN лазера накачки. За счет ослабления нечетных гармоник сигнала при детектировании двухтактного сигнала уменьшаются нелинейные искажения и повышается динамический диапазон.Due to the use of push-pull modulation and a balanced photodetector, which detects antiphase signals, while suppressing common mode noise, including the correlated intrinsic noise of the modulator power laser, the sensitivity and the dependence on the RTN pump laser are reduced due to the use of push-pull modulation and a balanced photodetector in the circuit. By attenuating the odd harmonics of the signal during detection of the push-pull signal, the nonlinear distortion is reduced and the dynamic range is increased.
При соблюдении высокой степени симметричности оптических трактов, типичная степень подавления шумов лазера с помощью балансного фотодетектора составляет не менее 10 - 20 дБ [2].Subject to a high degree of symmetry of the optical paths, a typical degree of laser noise suppression using a balanced photodetector is at least 10 - 20 dB [2].
Дополнительным преимуществом предлагаемой способа модуляции является возможность применения сверхмалошумящих источников оптического излучения типа МОРА (RIN=-170 дБ/Гц) с относительно широкой оптической полосой, благодаря этому возможно достижение еще меньшего коэффициента шума (см. фиг. 1).An additional advantage of the proposed modulation method is the possibility of using ultra-low-noise optical radiation sources of the MOPA type (RIN = -170 dB / Hz) with a relatively wide optical band, which makes it possible to achieve even lower noise figure (see Fig. 1).
Источники информацииInformation sources
1. Бахрах Л.Д., Зайцев Д.Ф. Фазированные антенные решетки на основе распределенных оптических антенных модулей // Доклады АН. - 2004. - Т. 394, №4. - с. 465-468.1. Bahrakh L.D., Zaitsev D.F. Phased antenna arrays based on distributed optical antenna modules // Doklady AN. - 2004. - T. 394, No. 4. - from. 465-468.
2. Д.Ф. Зайцев. Нанофотоника и ее применение - Монография, М.: Изд. «АКТЕОН», 2012 г., 445 с, с илл. ISBN 978-5-91142-045-1.2. D.F. Zaitsev. Nanophotonics and its application - Monograph, M .: Ed. ACTEON, 2012, 445 s, ill. ISBN 978-5-91142-045-1.
3. Приемно-передающий оптоэлектронный модуль АФАР: Патент России RU 2298810 / Д.Ф. Зайцев. - №2005130539; Заявл. 4.10.2005.3. Transceiver optoelectronic module AFAR: Russian Patent RU 2298810 / D.F. Zaitsev. - No. 2005130539; Claim October 4, 2005.
4. Hossein-Zadeh М. Electro-optic microdisk RF receiver // 4 th photonic seminar University of Southern California - 2004. - Aug, p. 1-37.4. Hossein-Zadeh M. Electro-optic microdisk RF receiver // 4 th photonic seminar University of Southern California - 2004. - Aug, p. 1-37.
5. Hossein-Zadeh M., Levi A.F.J. Ring resonator-based photonic microwave receiver modulator with picowatt sensitivity // IET Optoelectronics. - 2011. - V. 5, Iss. 1, pp. 36-39.5. Hossein-Zadeh M., Levi A.F.J. Ring resonator-based photonic microwave receiver modulator with picowatt sensitivity // IET Optoelectronics. - 2011 .-- V. 5, Iss. 1, pp. 36-39.
6. Lee J.J., Loo R.Y., Livingston S. et all. Photonic Wideband Array Anten -nas // IEEE Trans. Antennas and Propagation. - 1995. - V. 43, №9, p. 966-982.6. Lee J.J., Loo R. Y., Livingston S. et all. Photonic Wideband Array Anten-nas // IEEE Trans. Antennas and Propagation. - 1995. - V. 43, No. 9, p. 966-982.
7. Zhang M., Ji Y., Zhang Y., Wu Y., Xu H., Xu W. Remote Radar Based on Chaos Generation and Radio Over Fiber // IEEE Photonics Journ. - 2014.- V. 6, No. 5, p. 43-55.7. Zhang M., Ji Y., Zhang Y., Wu Y., Xu H., Xu W. Remote Radar Based on Chaos Generation and Radio Over Fiber // IEEE Photonics Journ. - 2014.- V. 6, No. 5, p. 43-55.
8. Шумов A.B., Нефедов СИ., Бикметов А.Р. Концепция построения радиолокационной станции на основе элементов радиофотоники // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана: 2016. - №05. - с. 41-65.8. Shumov A.B., Nefedov SI., Bikmetov A.R. The concept of building a radar station based on elements of radio photonics // Science and Education. MSTU named after N.E. Bauman: 2016. - No. 05. - from. 41-65.
9. Olson Т. An RF and Microwave Fiber - Optic Design Guide // Microwave Journal. - 1996. - V. 39, №8 - p. 54-76.9. Olson, T. An RF and Microwave Fiber - Optic Design Guide // Microwave Journal. - 1996. - V. 39, No. 8 - p. 54-76.
10. Зайцев Д.Ф. Внешние интегрально-оптические модуляторы // Антенны. - 2008. - Вып. 4, - с. 66-79.10. Zaitsev D.F. External Integrated Optical Modulators // Antennas. - 2008. - Issue. 4, - p. 66-79.
11. MXAN-LN-10 series 1550 nm band Analog intensity Modulator. Datasheets. // Photline technologies - 2015. - vvww.photline.com11. MXAN-LN-10 series 1550 nm band Analog intensity Modulator. Datasheets. // Photline technologies - 2015. - vvww.photline.com
12. 1550 nm Electro Absorption Modulator OKI OL 5157M. Datasheets. // www://okisemi.com. 2006.12.1550 nm Electro Absorption Modulator OKI OL 5157M. Datasheets. // www: //okisemi.com. 2006.
13. Abies J. H. et al. Resonant enhanced modulator development // R-FLICS Program Review Presentation., Sarnoff Co. - 2001. - Aug., p. 1-31.13. Abies J. H. et al. Resonant enhanced modulator development // R-FLICS Program Review Presentation., Sarnoff Co. - 2001. - Aug., p. 1-31.
14. Light modulation in whispering-gallery-mode resonators: US 6473218/ L. Maleki, A.F.J. Levi, S. Yao, V. Ilchenko, Int. Cl. G02F 1/01; G02F 1/03; G02F 1/035; US C1, 359/245; 29.10.2002.14. Light modulation in whispering-gallery-mode resonators: US 6473218 / L. Maleki, A.F.J. Levi, S. Yao, V. Ilchenko, Int. Cl.
15. Cohen D. A., Levi A. F.J. Microphotonic components for mm-wave receiver // Solid-State Electronics - 2001. - V. 45, No. 3, p. 495-505.15. Cohen D. A., Levi A. F.J. Microphotonic components for mm-wave receiver // Solid-State Electronics - 2001. - V. 45, No. 3, p. 495-505.
16. LambdaFLEX™ iTLA TL5000DCJ Integrable Tunable Laser Assembly. Datasheets // www.oclaro.com. 2011.16. LambdaFLEX ™ iTLA TL5000DCJ Integrable Tunable Laser Assembly. Datasheets // www.oclaro.com. 2011.
17. Ackerman E.I., Burns W.K., Betts G.E., Chen J.X., Prince J.L., Regan M.D., Roussell H. V., and Cox С.H. RF - Over-Fiber Links With Very Low Noise Figure // Journ. of Lightwave Technol. - 2008. - V. 26, No. 15, p. 2441-2448.17. Ackerman E.I., Burns W.K., Betts G.E., Chen J.X., Prince J.L., Regan M.D., Roussell H. V., and Cox C.H. RF - Over-Fiber Links With Very Low Noise Figure // Journ. of Lightwave Technol. - 2008. - V. 26, No. 15, p. 2441-2448.
18. Photonic microwave and RF receivers based on electro-optic whispering-gallery-mode resonators: US 8331008 B1 / A.B. Matsko, A. Savchenkov, D. Seidel, L. Maleki, V. Ilchenko, Int. Cl. G02F 1/01; G02F 1/03; G02B 6/42; H01S 3/10. US C1, 359/245; 359/247; 359/239. 11.12. 2012.18. Photonic microwave and RF receivers based on electro-optic whispering-gallery-mode resonators: US 8331008 B1 / A.B. Matsko, A. Savchenkov, D. Seidel, L. Maleki, V. Ilchenko, Int. Cl.
19. V.J. Urick, K.J. Williams, J.D. McKinney. Fundamentals of Microwave Photonics - John Wiley & Sons, 2015, 488 pages., SBN: 978-1-118-29320-1.19. V.J. Urick, K.J. Williams, J.D. McKinney Fundamentals of Microwave Photonics - John Wiley & Sons, 2015, 488 pages., SBN: 978-1-118-29320-1.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106463A RU2675410C1 (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Radiophotonic broadband reception tract on the basis of whispering mode modulator with laser noise suppression |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106463A RU2675410C1 (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Radiophotonic broadband reception tract on the basis of whispering mode modulator with laser noise suppression |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2675410C1 true RU2675410C1 (en) | 2018-12-19 |
Family
ID=64753043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018106463A RU2675410C1 (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Radiophotonic broadband reception tract on the basis of whispering mode modulator with laser noise suppression |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2675410C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2748039C1 (en) * | 2021-03-09 | 2021-05-19 | Дмитрий Феоктистович Зайцев | Device for transmitting broadband signals with large base via radio-photon path rofar |
| RU207935U1 (en) * | 2021-07-01 | 2021-11-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Device for determining the angle of arrival of the reflected radar signal |
| RU2777759C1 (en) * | 2021-07-01 | 2022-08-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Apparatus for determining the angle of arrival of a reflected radio location signal |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6473218B1 (en) * | 1999-06-11 | 2002-10-29 | California Institute Of Technology | Light modulation in whispering-gallery-mode resonators |
| US20090060409A1 (en) * | 2007-09-04 | 2009-03-05 | Lockheed Martin Corporation | Optical focal plane data coupler |
| WO2009140075A1 (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-19 | Lockheed Martin Corporation | Radio frequency photonic transceiver |
| US8331008B1 (en) * | 2008-10-14 | 2012-12-11 | Oewaves, Inc. | Photonic microwave and RF receivers based on electro-optic whispering-gallery-mode resonators |
-
2018
- 2018-02-21 RU RU2018106463A patent/RU2675410C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6473218B1 (en) * | 1999-06-11 | 2002-10-29 | California Institute Of Technology | Light modulation in whispering-gallery-mode resonators |
| US20090060409A1 (en) * | 2007-09-04 | 2009-03-05 | Lockheed Martin Corporation | Optical focal plane data coupler |
| WO2009140075A1 (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-19 | Lockheed Martin Corporation | Radio frequency photonic transceiver |
| US8331008B1 (en) * | 2008-10-14 | 2012-12-11 | Oewaves, Inc. | Photonic microwave and RF receivers based on electro-optic whispering-gallery-mode resonators |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ackerman E.I., Burns W.K., Betts G.E., Chen J.X., Prince J.L., Regan M.D., Roussell H. V., and Cox С.H. RF - Over-Fiber Links With Very Low Noise Figure // Journ. of Lightwave Technol. - 2008. - V. 26, No. 15, p. 2441-2448. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2748039C1 (en) * | 2021-03-09 | 2021-05-19 | Дмитрий Феоктистович Зайцев | Device for transmitting broadband signals with large base via radio-photon path rofar |
| RU207935U1 (en) * | 2021-07-01 | 2021-11-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Device for determining the angle of arrival of the reflected radar signal |
| RU2777759C1 (en) * | 2021-07-01 | 2022-08-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Apparatus for determining the angle of arrival of a reflected radio location signal |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yao | Photonics to the rescue: A fresh look at microwave photonic filters | |
| Zeng et al. | Investigation of phase-modulator-based all-optical bandpass microwave filter | |
| US7974534B2 (en) | Wideband microwave and millimeter wave filters using photonic spectral filtering | |
| US8059969B1 (en) | Enhanced linearity RF photonic link | |
| US10345674B2 (en) | Electro-optic modulator, microwave photonic link including an electro-optic modulator, and method of communicating a signal with an electro-optic modulator | |
| Eid et al. | Basic FBG apodization functions effects on the filtered optical acoustic signal | |
| CN106785812B (en) | Photoelectric oscillator based on stimulated Brillouin scattering amplification effect and adjusting method | |
| Smirani et al. | Signal quality enhancement in multiplexed communication systems based on the simulation model of the optimum technical specifications of Raman fiber optical amplifiers | |
| RU2675410C1 (en) | Radiophotonic broadband reception tract on the basis of whispering mode modulator with laser noise suppression | |
| WO2017138949A1 (en) | Electro-optic modulator and microwave photonic link including an electro-optic modulator | |
| Ullah et al. | Ultrawide and tunable self-oscillating optical frequency comb generator based on an optoelectronic oscillator | |
| Wang et al. | Dynamic control of phase matching in four-wave mixing wavelength conversion of amplitude-and phase-modulated signals | |
| CN206673311U (en) | Optical-electronic oscillator based on stimulated Brillouin scattering enlarge-effect | |
| US20070104492A1 (en) | System for and method of single slideband modulation for analog optical link | |
| CN111474801B (en) | Photoelectric modulation chip, optical component, optical module and optical network equipment | |
| Urban et al. | Mitigation of reflection-induced crosstalk in a WDM access network | |
| Pastor et al. | Reconfigurable RF photonic filter with negative coefficients and flat-top resonances using phase inversion in a newly designed 2/spl times/1 integrated mach-zehnder modulator | |
| US10120127B1 (en) | Multi-element optical links | |
| CN114337824A (en) | Polarization insensitive microwave photon link system and implementation method | |
| Griffin et al. | Integrated 10 Gb/s chirped return-to-zero transmitter using GaAs-AlGaAs modulators | |
| CN114285490A (en) | Phase noise optimization device and optimization method | |
| Ortega et al. | Advanced optical processing of microwave signals | |
| Manzanedo et al. | Continuously tunable microwave photonic filter with negative coefficients using cross-phase modulation in an SOA-MZ interferometer | |
| Lin et al. | Photonic microwave multi-band frequency conversion scheme based on dual-OFCs for satellite communication | |
| Zhang et al. | Bandwidth tunable microwave photonic filter based on digital and analog modulation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210520 Effective date: 20210520 |