Ivanov V. S., Kravtsov V. E., Tikhomirov S. V. The present state and problems of ensuring common standards of measurements in the area of fiber-optical data-transmission systems // Measurement Techniques. 2005. V. 48. N 11. P. 1128—1134.
4. Бачериков В. В. и др. Комплекс установок высшей точности для метрологического обеспечения измерений параметров оптического волокна и кабеля // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. М.: ВНИИОФИ, 1988. С. 23.
5. Ivanov V. S., Kravtsov V. E., Tikhomirov S. V. Problems of metrological support of measurements in fiber-optic transmission systems // Proc. SPIE. 2002. V. 4900. P. 430—440.
6. Tikhomirov S. V. е. а. Unificafion of measurements of the average power of optical radiation in fiber-optical transmission systems (FOTS) // Ibid. P. 459.
7. Tikhomirov S. V. е. а. // Metrologia. 2000. V. 37. P. 347, 348.
8. Kravtsov V. E. Measurements of parameters of fiber-optical system components // Proc. SPIE. 1995. V. 2943. P. 106—112.
9. Кравцов В. E. и др. Современные оптические рефлектометры — вопросы метрологического обеспечения // Метрология и измерительная техника в связи. 1999. № 2. С. 58—64.
10. ГОСТ 8.585—2005. Государственная поверочная схема для средств измерений параметров волоконно-оптических систем передачи информации.
11. Глазов А. И. и др. Государственный специальный эталон для волоконно-оптических систем передачи информации // Фотон-экспресс. 2006. № 5. С. 6—13.
12. Glasov A. I. е. а. Reference apparatuses for metrological support of measurements of the parameters of optical fiber transmission systems // Proc. IZMTII. 2009. V. 3. P. 98—102.
Дата принятия 22.04.2010 г.
621.396.621.3.049
Проблемы метрологического обеспечения измерений параметров оптических сигналов и устройств в радиолокационных системах
аналоговой нанофотоники
Д. Ф. ЗАЙЦЕВ*, В. Н. КРУТИКОВ**, К. Ю. САХАРОВ***, С. В. ТИХОМИРОВ***
* Московский институт радиоэлектроники и автоматики, Москва, Россия,
e-mail: zaysev@yandex.ru
** Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии,
Москва, Россия
*** Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений,
Москва, Россия, e-mail: sax-m12@vniiofi.ru
Дан краткий обзор достижений нанофотоники за последние годы и перспектив ее применения в приемопередающих трактах фазированных антенных решеток. Показана необходимость использования нанофотоники для решения актуальных задач измерительной техники и метрологии, в том числе для измерений пространственно-временных параметров электромагнитных импульсов. Приведены некоторые результаты исследований применения аналоговой нанофотоники в системах измерения параметров приемопередающих трактов фазированных антенных решеток, выполненных коллективом ВНИИОФИ, а также анализ проблем метрологического обеспечения измерений в данной области.
Кпючевые слова: аналоговая нанофотоника, активные фазированные решетки, сверхкороткие (сверхширокополосные) электромагнитные импульсы, волоконно-оптические линии связи.
The brief survey of nanophotonics achievements in recent years and the perspectives of its application in the receive-transmit paths of phased arrays is presented. The necessity of nanophotonics application for urgent problems of measuring technique and metrology solution, including the measurements of the space-time parameters of electromagnetic pulses, is shown. Some results of the VNIIOFI works on the investigations of the analogue nanophotonics application in measurement systems of the receive-transmit paths parameters of phased arrays, and the analysis of metrological ensuring problems of this measurements, are presented.
Key words: analogye nanophotonics, active phased arrays, ultrawideband electromagnetic pulses, fiber-optic communication line.
Измерения пространственно-временных характеристик электромагнитных импульсов в широком диапазоне длительности и мощности являются одной из важнейших задач современной измерительной техники и метрологии.
Такие измерения в реальном масштабе времени требуют применения широкополосных и сверхширокополосных антенных решеток, а также соответствующей сверхбыстродействующей аппаратуры обработки измеряемых сигналов.
Во ВНИИОФИ разработан ряд измерительных систем на основе полосковых измерительных преобразователей, которые позволяют регистрировать и измерять сверхкороткие электромагнитные импульсы длительностью от 50 пс до 5 нс и амплитудой от 1 В/м до 500 кВ/м [1, 2].
Для дальнейшего улучшения достоверности, точности и расширения диапазонов измерения пространственно-временных характеристик электромагнитных импульсов такие измерительные комплексы должны быть абсолютно помехоустойчивыми и невосприимчивыми к мощным электромагнитным помехам, в том числе импульсным.
Решение этой проблемы, на первый взгляд, очевидно — это перевод режима работы измерительной аппаратуры электромагнитных импульсов радиочастотного спектра в оптический диапазон, т. е. создание оптоэлектронных измерительных систем. Такая оптоэлектронная измерительная аппаратура в значительной мере защищена от электромагнитных помех и имеет расширенный частотный (временной) диапазон измерений. Причем, несмотря на доминирующую роль цифровых систем, аналоговые оптоэлектронные системы являются неотъемлемой частью любой аппаратуры (в том числе и цифровой).
Однако аналоговая оптоэлектронная и волоконно-оптическая аппаратура, основанная на аналоговой фотонике (АФ), до недавнего времени не в полной мере отвечала требованиям, предъявляемым к измерительной технике, главным образом по причине нестабильности своих основных характеристик во времени как при воздействии внешних факторов, так и вследствие внутренних дрейфов и уходов из-за несовершенства технологии изготовления критически важных для стабильности работы узлов оптоэлектронной аппаратуры [3]. Кроме того, высокие потери при преобразовании электрического сигнала в оптический и обратно, а также при делении, задержке и фильтрации оптического сигнала значительно снижали эффективность такой аппаратуры, что вынуждало дополнительно использовать оптические или электронные усилители с малым коэффициентом полезного действия (КПД).
В реальных радиотехнических системах до середины 90-х гг. XX в. оптические методы нашли лишь ограниченное применение, если не считать цифровых систем передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи, главным образом, в качестве систем фазовой и временной прецизионной синхронизации разнесенных антенн и антенных решеток, синхронизации аппаратуры радиотехнических комплексов и ускорителей элементарных частиц.
С середины 90-х гг. появилась перспектива значительного улучшения характеристик оптоэлектронных и оптических приборов и устройств, в том числе необходимых для разрабатываемой аппаратуры антенных решеток, что дало положительный импульс разработчикам альтернативной радиолокационной аппаратуры активных фазированных антенных решеток (АФАР).
Появилось новое научно-техническое направление — аналоговая (радиочастотная) фотоника — реализация в оптическом диапазоне всех операций с радиочастотными сигналами, осуществляемых обычно с помощью радиоэлектронной аппаратуры антенных решеток.
Благодаря широкому внедрению нанотехнологии в производство квазинаномерных и наномерных оптоэлектрон-ных квантовых приборов на гетероструктурах и инегрально-оптических схем к началу XXI в. многократно улучшились ха-
рактеристики основных оптических и оптоэлектронных приборов и устройств, особенно тех, которые критически важны для успешной работы аппаратуры АФАР.
Современная фотоника по сути стала нанофотоникой, реализуемой на приборах и устройствах, изготовленных с помощью нанотехнологий, оперирующих с размерами порядка 10-9—10-8 м. Теперь АФ — одно из применений нанотехнологии в радиотехнических системах и, в частности, в фазированных антенных решетках.
За последние годы ситуация с элементной базой фотоники качественно изменилась. Элементная база представлена широкой номенклатурой приборов и устройств, для производства которых непосредственно используется нано-технология, — это новейшие гетеролазеры, фотодетекторы, электроабсорбционные оптические модуляторы, полупроводниковые оптические усилители на квантово-размерных (наноразмерных) структурах (QW- и QD-структурах) и нано-размерных квантовых точках (QD), микроэлектронно-механические переключатели на наноструктурах (MEMS), оптические модуляторы с интерферометрами Маха — Цендера и оптическими резонаторами на модах «шепчущей галереи» (WGM), оптические WGM-фильтры, фотонно-кристалличес-кие волокна (PCF) и фотонные кристаллы.
Таким образом, с внедрением нанотехнологии в опто-электронику появилось новое, чрезвычайно перспективное, в том числе для измерительной техники и метрологии, научно-техническое направление — нанофотоника, которая чрезвычайно быстро развивается в последние годы в странах с передовыми технологиями. Это объясняется, в первую очередь, высоким уровнем характеристик новых приборов и устройств, составляющих элементную базу нанофотоники. К таковым можно причислить чувствительные интегрально-оптические модуляторы с WGM-резонаторами и на фотонных кристаллах РСМ, оптические волокна PCF для передачи больших оптических мощностей в одномодовом режиме, квантово-размерные гетеролазеры большой мощности, ге-теролазеры на квантовых точках, фотонно-кристаллические разветвители и линии задержки, резонаторы, фильтры и т. д. Например, WGM-резонаторы благодаря нанополировке обладают добротностью 1011 и выше, а с переходом на новые оптические материалы и в оптический диапазон длин волн 3—4 мкм возможно достичь 1014 [4]. Такая высокая добротность резонаторов делает возможным создание сверхминиатюрных нанофотонных стандартов частоты, приближающихся по своим характеристикам к цезиевым стандартам.
В нанофотонных модуляторах Маха — Цендера с применением WGM-резонаторов на два-три порядка снижается полуволновое напряжение в полосе модулирующих частот в несколько десятков гигагерц с одновременным уменьшением как оптических, так и электрических п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.