- •Введение. Особенности оптического диапазона эмв. Достоинства волс.
- •2.1.1. Достоинства и область применения волс.
- •Волоконно-оптическая система передачи
- •Структурная схема волоконно-оптической системы передачи сигналов
- •1. Передача оптических сигналов.
- •Диапазоны эмв.
- •1. Особенности оптического излучения. Диапазон оптических длин волн.
- •Лекция 2. Основные положения и понятия волновой, квантовой и геометрической оптик
- •Параметры оптического излучения. Поляризация, монохроматичность и когерентность оптического излучения
- •Преломление света. Полное внутреннее отражение.
- •Волоконный световод (оптоволокно)
- •Параметры оптических волокон
- •2.1.3 Дисперсия
- •2.3. Межмодовая дисперсия
- •2.4. Материальная дисперсия и информационная емкость
- •Задача № 1
- •Задача № 2
- •2.5. Информационные параметры волс
- •Задача №3
- •2.6. Особенности работы и режимы волоконных световодов
- •2.7. Особенности расчетов и применения многомодовых волоконных световодов
- •2.8. Разновидности и применение одномодовых световодов (омвс)
- •Задача№4
- •2.10. Технология и материалы вс
- •2.11. Геометрические и механические характеристики вс
- •2.13. Разновидности и поколения волс
- •3. Оптические волноводы
- •3.1. Парамeтры оптических волноводов
- •3.2. Потери в оптических волноводах. Методы изготовления оптических волноводов
- •,Где – усредненная глубина шероховатостей.
- •3.2.2. Методы изготовления планарных и полосковых ов заимствованы из технологии пп электроники. Их можно условно разделить на три категории:
- •3.3. Связанные волны в оптических волноводах
- •Задача №5
- •Задача №6
- •Задача №7
- •Лекция 3
- •3.4. Пассивные элементы интегрально-оптических схем
- •4. Пассивные элементы волс
- •4.1. Оптические разветвители (ответвители)
- •4.2. Оптические аттенюаторы
- •4.3. Оптические мультиплексоры/демультиплексоры и фильтры
- •4. Управление временными параметрами оптического излучения
- •4.1. Модуляция лазерного излучения
- •4.2 Физические эффекты в кристаллах
- •4.3. ЭлектрОоптические модуляторы (эом)
- •Задача n9.
- •4.4. Акустооптические модуляторы (аом)
- •4.5. Магнитооптические модуляторы (мом)
- •5. Управление пространственными характеристиками оптического излучения
- •5.1. Основные определения
- •5.2. Электрооптические дефлекторы (эод)
- •Задача №10.
- •5.3 Акустооптические дефлекторы (аод)
- •Задача №11
- •6. Особенности источников оптического излучения для волс и ов.
- •7. Приемники оптического излучения
- •7.1. Принцип действия фотоприемников
- •7.2. Классификация, параметры и характеристики фотоприёмников
- •7.3 Фотодиоды с обычным p-nпереходом
- •7.4. Специальные типы фотодиодов
- •7.5. Фототранзисторы
- •7.6. Многоэлементные ФотоПриёмники
- •Задача №12.
- •8. Интегрально-оптические схемы
- •8.1. Основные определения
- •8.2. Примеры реализации Интегрально-оптических схем
- •9. Волоконноотические датчики (вод)
- •Принцип работы, классификация и параметры вод
- •9.2. Вод амплитудной модуляции
- •9.3. Вод фазовой модуляции.
- •9.4. Поляризационные вод.
- •9.5. Вод с управляемой связью в коаксиальных оптических волноводах.
- •10. Оптические методы обработки информации.
- •10.1 Основы голографии.
- •10.2 Элементы оптической памяти оптических и электронных процессоров.
- •10.3. Оптическая фильтрация.
- •11. Радиооптические антенные решетки (роар)
- •11.1. Основные понятия
- •11.2. Оптическое управление задержками свч - сигналов
- •11.3. Оптическое управление фар на основе оптического процессора
- •11.4 Фар с “экзотическими” методами управления.
11. Радиооптические антенные решетки (роар)
11.1. Основные понятия
Широкому внедрению сканирующих фазированных антенных решеток (ФАР) в радиолокации, связи, радиоастрономии препятствует их сложность и высокая стоимость как управления, так и эксплутационных расходов.
В последнее время в связи с интенсивным развитием оптоэлектроники сформировалось новое научное направление – радиооптические антенные решетки(РОАР),которые позволяют упростить систему управления АР средствами когерентной оптики и голографии. При этом удается реализовать некоторые задачи, которые трудно решить традиционными электронными методами, например, панорамный обзор в широком диапазоне частот и углов вреальном масштабе времени (РМВ).
Основной особенностью РОАР является то, что собственно АР работает в радиодиапазоне (СВЧ), а система управления ее элементами осуществляется в оптическом диапазоне.
Основными методами оптического управления ФАР являются: управление задержками в РМВ, использование гибридных оптических Фурье – процессоров и «экзотические» методы управления [7,8].
На этих же принципах строятся и гидроакустические оптические антенные решетки.
11.2. Оптическое управление задержками свч - сигналов
11.2.1. Принцип оптического управления
задержками СВЧ сигналов основан на том,
что при прохождении по ВОЛС оптического
сигнала с частотой fопт,промодулированного СВЧ сигналом с
частотойFСВЧ,временные задержкиtопт
,tСВЧ
этих сигналов связанны (по
аналогии с работой ФАР управляемых на
промежуточной частоте [9]) соотношением:![]()
, (11.1)
откуда набег фаз для оптического сигнала
и для его огибающей
одинаковы, т.е.
.
Таким образом, управляяtопт(длиной отрезка ВОЛС) мы можем управлять
набегом фаз СВЧ сигнала.
Передающая радиооптическая активная ФАР (АФАР) использует фазовый метод сканирования за счет переключаемых отрезков ВОЛС задержки (рис.11.1,а) [8].

Рис. 11.1. Передающая радиооптическая активная ФАР
Излучение лазерного диода (ЛД) – 1
модулируется СВЧ сигналом модулятором
– 2, разветвляется на N– каналов в разветвителе – 3 и поступает
в когерентный оптический процессор –
4, в котором в каждом канале обеспечивается
требуемая фаза и амплитуда. Амплитуда
обеспечивается любым оптическим
модулятором, а фаза за счет переключаемых
отрезков. На рис. 11.1,б показан один из
вариантов подключения трех модуляторов
– переключателей на основе двухканальных
направленных ответвителей. Например,
при подаче управляющего напряжения,
если
,
то обеспечивается отключение второго
канала ответвителей и задержка обусловлена
полной длиной отрезка – петли длиной
..
.
Без управляющего напряжения (или при
другом напряжении) энергия передается
во второй канал ответвителей, минуя
петлю. Набор длин отрезков и их количество
определяется из тех же соображений, что
и при использовании дискретных
фазовращателей на СВЧ.
Для уменьшения количества каналов управления апертура ФАР делится на Мподрешеток сКэлементами каждая:N = M K. В этом случае вместоN отдельных задержек в оптимизированной конфигурации используется толькоM + K –2задержек. Например, приN= 10000 получимM + K –2= 198.
11.2.2. Передающая или приемная РОАФАР с диаграммообразующей схемой (ДОС) использует амплитудный способ сканирования. При этом возможны оптические аналоги схем Ротмана, Батлера, Бласса [9] используемых на СВЧ.
На рис. 11.2. представлена схема РОАФАР, являющаяся волоконно-оптическим аналогом схемы Ротмана для работы в режиме приема [7]. Принятый каждым элементом (n = 1…N) СВЧ сигнал после усиления модулирует свой ЛД. Модулированное оптическое излучение поступает на разветвитель (мультиплексор) – 1 после которого разветвляется наМканалов одномодовых ВОЛС с длинами, обеспечивающими линейное распределение фазы. Эти ВОЛС подходят кМсумматорам (демультиплексорам) – 2 таким образом, что с каждого направления сигналы синфазно приходят на определенный выход. С выходов сумматоров оптические сигналы поступают на фотодиоды, с которых СВЧ сигналы после усиления поступают на выходы1…М.
На рис. 11.2. показан случай, когда M
= N, но возможна
оптимизация схем с применением быстрого
преобразования Фурье, позволяющая
уменьшить число сумматоров и разветвителей.
Для режима передачи активные элементы
на входах и выходах меняются местами,
а передающие модули работают от
коммутатора. Для одновременной работы
в режиме передачи и приема нужна
коммутация в каждом элементе. Как уже
указывалось, временные задержки принятых
сигналов обеспечиваются подбором длин
ВОЛС. При этом точность
зависит
отFСВЧ.
11.2.3. Схема ФАР с оптической ДОС в виде волоконной дисперсионной призмыпоказана на рис.10.3 [8]. В этой схеме реализованчастотный метод сканирования в оптическом диапазоне. Для этого используется перестраиваемый лазер или несколько лазеров с разной частотой. После модуляции СВЧ сигналом перестраиваемое излучение разветвляется наNканалов, каждый из которых состоит из двух отрезков одномодовых ВОЛС с низкой и высокой дисперсией и определенным образом подобранными длинами.

Рис. 11.2. Приемная РОАФАР с ДОС

Рис. 11.3. РОАФАР с ДОС в виде волоконной дисперсионной призмы
На центральной частоте
полные временные задержки в каждом
канале равны, так что парциальные ДН
направлены по нормали к апертуре АФАР.
На частотах больших или меньших
каждое высокодисперсное волокно
добавляет или вычитает задержку,
пропорционально его дисперсии, в
результате изменяется наклон фазового
распространения, и луч смещается в
сторону убывания фазы.
Другим аналогом схемы с частотным методом сканирования является использование отрезков специального, чувствительного к ультрафиолетовому излучению, оптического волокна, на сердцевине которого с помощью ультрафиолетового излучения создана (записана) продольная зависимость показателя преломления с линейно изменяющимся периодом. Такое волокно играет роль Брэгговской решетки. Попадающая в него оптическая несущая отражается назад от определенного места и с определенной задержкой, зависящих от частоты, т.е. тоже используется дисперсия. Отрезок такого волокна играет роль дисперсного отражательного фазовращателя, набор из которых может использоваться в ДОС [8].
