1.13 - Залежність потужності нелінійної генерації P від ??довжини хвилі l для структури з поверхневим висновком випромінювання. Структура оптимізована для виведення випромінювання з довжиною хвилі 20 мкм
Для структури з поверхневим висновком випромінювання при тих же параметрах накачування і розмірах, що і для аналогічних структур без просторового гофра показника заломлення, випромінювана потужність зростає на порядок і досягає 6 мкВт при довжині структури 500 мкм, що відповідає 0.12 мВт/мм 2. У залежності потужності від довжини хвилі виявляються широкі області резонансного зростання потужності (малюнок 2.9).
Малюнок 1.14 - Залежність потужності нелінійної генерації P від ??довжини хвилі l для структури, параметри якої оптимізовані для l=36 мкм
Це дозволяє знизити вимоги до точності виготовлення гофра заданого періоду. При використанні перебудовуваних джерел це дозволяє змінювати довжину різницевої хвилі в широких межах без перебудови волноводной структури. Провали в резонансних піках (малюнок 2.11) обумовлені відсутністю випромінювальних мод у напрямках, відмінних від нормалі до поверхні. При цьому дійсні частини проекцій хвильових векторів в просторі над поверхнею структури виявляються нульовими у всіх мод, крім моди, випромінюваної перпендикулярно до поверхні, а випромінювання в напрямку нормалі неможливо з огляду на те, що нелінійна поляризація перпендикулярно до площини шарів структури. Відзначимо, що в діапазоні довжин хвиль близько 36 мкм в структурі з діелектричним гофром і поверхневим висновком випромінювання при тій же довжині потужність може досягати близько 300 мкВт (малюнок 2.12), що аналогічно використанню металевої решітки на поверхні хвилеводу [14]. В обох випадках зростання потужності в основному забезпечується резонансним збільшенням нелінійної діелектричної проникності.
Амплітудні залежності полів в моделюється структурі
Як видно з малюнка 2.13, велика частина енергії моди локалізується поблизу металевої поверхні, тому для збільшення ефективності нелінійного перетворення хвилевід для мод накачування розташований безпосередньо біля поверхні металу. Електромагнітне поле слабо проникає в простір між виступами напівпровідникового матеріалу, що утворює гофр. Залежність вихідної потужності від товщини гофрованого шару має серію максимумів, положення яких пов'язане з утворенням стоячих хвиль в виступаючих частинах гофра. Наведений випадок відповідає освіті двох стоячих півхвиль, а зміна структури для отримання однієї або трьох стоячих хвиль призводить до зниження вихідної потужності на 20-30%.
Малюнок 1.15 - Просторовий розподіл модуля напруженості магнітного поля. Перпендикулярними до осі z лініями сітки показані шари структури, їх нумерація проведена згідно малюнку 2.7.
4. Генерація електромагнітних коливань СВЧ-діапазону за допомогою оптоелектронних генераторів
4.1 Частотний підхід до опису оптоелектронних генераторів
Фазові і частотні співвідношення
Електричні коливання в оптоелектронному генераторі з'являються з шуму, який може бути представлений як суперпозиція синусоїдальних коливань шумової напруги з випадковими фазами і амплітудами [2], обумовленими за допомогою перетворення Фур'є, при цьому середні по реалізації амплітуди є постійними в межах якоїсь конкретної реалізації шуму
(3.1)
де - комплексна амплітуда напруги шуму,
- випадкова шумова амплітуда,
- випадкова шумова фаза.
Припустимо, що інтерференція цих коливань в оптоелектронному генераторі призводить до встановлення стаціонарних коливань з амплітудою. Для простоти аналізу будемо вважати, що передавальна характеристика волоконно-оптичної петлі зворотного зв'язку залишається постійною після встановлення стаціонарної генерації. Нехай вже після встановлення стаціонарного режиму генерації з шуму стаціонарно народжується деякий сигнал.
Малюнок 1.16 Оптоелектронний генератор
Комплексна амплітуда напруги даного сигналу, пройшовши одну петлю зворотного зв'язку ( n -й раз з моменту народження даного сигналу) змінюється наступним чином:
, (3.2)
де - частотна характеристика розімкнутої петлі оптоелектронного генератора.
Будемо вважати, що селективними частотними властивостями володіє
СВЧ-фільтр і волоконно-оптична лінія затримки, частотні характеристики яких не залежать від амплітуди генерується сигналу, а частотною залежністю СВЧ-підсилювача, електрооптичного і оптоелектронного перетворювача можна знехтувати (це легко досягається у випадку, якщо значення коефіцієнта посилення, ефективності оптичної модуляції і детектування брати на частоті генерації)...
