15.8.5. Внешние модуляторы

Внешняя модуляция в каналах с МИПД-ВМ обладает лучшими спектральными и шумовыми характеристиками, чем прямая модуляция в каналах с МИПД-ПМ [40]. Она позволяет иметь более высокие частоты модуляции и не добавляет новых шумов к внутренним шумам источника за исключением шумов фликкерной природы со спектральной плотностью, обратно пропорциональной и обусловленных источником модуляции на радиочастотах. Проблемы, связанные с переходом от прямой модуляции к внешней в обусловлены малой выходной мощностью, большими потерями и слабой эффективностью внешней модуляции, что требует повышения мощности радиочастотного модулятора. В настоящее время эти проблемы успешно решаются и каналы МИПД-ВМ становятся основными для передачи принятых сигналов в блок обработки АФАР [47].

Для использования в волоконных каналах АФАР внешний модулятор должен иметь малые потери, низкие модулирующие напряжения и полосу пропускания в от рабочей радиочастоты, которая может лежать в диапазоне более Наиболее подходящими в этом смысле являются одномодовые амплитудные модуляторы бегущей волны интерференционного типа, выполненные на подложке из [52]. Хотя ниобат лития затрудняет монолитную интеграцию волоконных и оптоэлектронных устройств, модуляторы на его основе успешно работают в составе высокоэффективных интерфейсных устройств, стыкуемых с волоконными световодами [54].

Преобразование фазовой модуляции в амплитудную осуществляется с помощью интерферометра Маха-Цендера (см. рис. 15.12), в длины

плеч которого введена небольшая асимметрия, позволяющая получить начальное смещение по фазе, выводящее рабочую точку на линейный участок статической модуляционной характеристики. Для уменьшения потерь модулирующего сигнала и согласования с СВЧ-источником модуляции электроды копланарной полосковой линии выполнены увеличенной толщины и имеют участки с плавно меняющейся шириной. Требования к полосковой линии оказываются при этом противоречивыми: увеличение толщины электродов и их ширины увеличивает погонную емкость и, как следствие, снижает волновое сопротивление линии, затрудняя согласование с входным сопротивлением подводящей линии передачи СВЧ.

Для осуществления эффективной модуляции в миллиметровом диапазоне необходимо уменьшить рассогласование фазовых скоростей оптических и радиоволн для этих частот модуляции, что достигается двумя способами. Во-первых, путем снижения эффективной диэлектрической проницаемости подложки с помощью буферных диэлектрических прокладок из между проводниками и подложкой, что приводит к увеличению фазовой скорости радиоволны и волнового сопротивления линии Во-вторых, путем использования структур (см. рис. 15.12), в которых вертикальная компонента модулирующего поля раз периодически меняет полярность по длине волновода, компенсируя на определенной частоте фазовый набег

где и фазовые скорости радиосигнала и оптического сигнала; длина взаимодействия. Эти технические решения позволили увеличить полосу модуляции до [38].

На сегодняшний день потери в модуляторе бегущей волны с учетом потерь на ввод и вывод составляют менее 2 дБ [54] на дойне волны Безопасный для модулятора порог оптической мощности повышается на 2...4 порядка при использовании метода протонной бомбардировки материала подложки и составляет десятки милливатт.

В [55] описан электрооптический интерферометрический

Рис. 15.16. Полупроводниковый элсктрооптический амплитудный модулятор с интерферометром Маха-Цендера на связанных гребенчатых волноводах: 1 - оптическое волокно. 2 - подложка из волноводный слои из металлические электроды, 5 - слой из

модулятор Маха-Цендера со связанными гребенчатыми волноводами [47] на входе и выходе и модуляцией в двух плечах с разным знаком изменения фаз для получения двойного эффекта и, следовательно, меньшего управляющего напряжения (рис. 15.16).

Общие потери на длине волны 1,3 мкм составили 14,5 дБ, управляющее напряжение в каждом плече 22 В, полоса модуляции с глубиной 100% не менее 5 ГГц. Хотя рассогласование фазовых скоростей радио- и оптических волн в полупроводниковом модуляторе бегущей волны меньше, чем в модуляторе на электрооптический эффект в полупроводниках в 6 раз слабее. Несмотря на то, что GaAs чрезвычайно удобен с точки зрения монолитной интеграции с оптоэлек-тронными ИО-устройствами, большие оптические и электрические потери затрудняют его практическое использование. В последнее время наиболее обещающим полупроводниковым материалом для эффективной модуляции в миллиметровом диапазоне оказывается структура в виде сверхрешетки с квантово-размерными эффектами [47].