RU2670719C9 - Fiber-optic photoelectronic ultrahigh frequency module - Google Patents

Fiber-optic photoelectronic ultrahigh frequency module Download PDF

Info

Publication number
RU2670719C9
RU2670719C9 RU2018104235A RU2018104235A RU2670719C9 RU 2670719 C9 RU2670719 C9 RU 2670719C9 RU 2018104235 A RU2018104235 A RU 2018104235A RU 2018104235 A RU2018104235 A RU 2018104235A RU 2670719 C9 RU2670719 C9 RU 2670719C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
photodetectors
module
photodetector
optical fiber
photoelectric
Prior art date
Application number
RU2018104235A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2670719C1 (en
Inventor
Вячеслав Михайлович Андреев
Дмитрий Феоктистович Зайцев
Виталий Станиславович Калиновский
Евгений Владимирович Контрош
Вячеслав Альбертович Линнас
Павел Васильевич Покровский
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2018104235A priority Critical patent/RU2670719C9/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2670719C1 publication Critical patent/RU2670719C1/en
Publication of RU2670719C9 publication Critical patent/RU2670719C9/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25Arrangements specific to fibre transmission

Abstract

FIELD: radio equipment; electronics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of radio engineering, in particular to radiophotonics, and can be used in the design of antenna excitation systems and antenna arrays for communication, radar and electronic warfare. Fiber optic photoelectric ultra-high frequency module includes a symmetric fiber optic splitter, in the primary optical fiber of which powerful laser pulses of duration less than 2 ns are introduced in the spectral range of 820–860 nm, each of the secondary optical fibers is optically coupled to the AlGaAs-GaAs photodetector operating in the gate mode, photodetectors are electrically connected in series to the module, the number of photodetectors in the module being directly proportional to the magnitude of the effective wave resistance of the electrical load.
EFFECT: invention provides an increase in the power and speed of a fiber-optic photoelectric converter of high-power ultra-high frequency pulses of laser radiation.
4 cl, 3 ex, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к радиофотонике, и может быть использовано при конструировании систем возбуждения антенн и антенных решеток для связи, радиолокации и радиоэлектронной борьбы.The invention relates to the field of radio engineering, in particular to radio photonics, and can be used in the design of excitation systems for antennas and antenna arrays for communication, radar and electronic warfare.

При конструировании современных бортовых радиолокационных станций, систем радиоэлектронной борьбы и других устройств, предъявляют высокие требования по мощности, широкополосности, помехоустойчивости, энергопотреблению, по габаритам и весу. Составляющей частью такого оборудования являются антенные устройства и их системы возбуждения.When designing modern airborne radar stations, electronic warfare systems and other devices, they place high demands on power, broadband, noise immunity, power consumption, size and weight. An integral part of such equipment are antenna devices and their excitation systems.

Одним из наиболее перспективных путей развития этого направления является создание и применение элементов радиофотоники. Для реализации перечисленных выше задач необходимо создание мощных, сверхширокополосных фотоэлектрических преобразователей, работающих в импульсном режиме, мощность которых при оптимальном согласовании с нагрузкой будет достаточной для возбуждения передающей антенны и излучения СВЧ сигнала в открытое пространство.One of the most promising ways of developing this area is the creation and application of elements of radio photonics. To implement the above tasks, it is necessary to create powerful, ultra-wideband photoelectric converters operating in a pulsed mode, the power of which, when optimally matched with the load, will be sufficient to excite the transmitting antenna and emit the microwave signal into open space.

Принцип работы предлагаемого устройства основан на фотоэлектрическом преобразовании мощных импульсных оптических сигналов, передаваемых по оптоволокну, в электрические импульсы с помощью быстродействующего мощного фотоэлектрического СВЧ модуля.The principle of operation of the proposed device is based on the photoelectric conversion of high-power pulsed optical signals transmitted through optical fiber into electrical pulses using a high-speed powerful photoelectric microwave module.

Известен оптоволоконный фотоэлектрический СВЧ модуль, предназначенный для калибровки и контроля фазы каждого излучающего элемента в активной фазированной антенной решетке (см. https://www.researchgate.net/publication/235084654_RF_Photonic_In-Situ_Real-Time_Phased_Array_Antenna_Calibration_System. W.M. Dorsey, M.G. Parent, S.A. Long, Ch.S. McDermitt, F. Bucholtz). В данном модуле используется фотонное устройство возбуждения, в состав которого входит маломощный фотодетектор, преобразующий промодулированный оптический сигнал в высокочастотный калиброванный (эталонный) электрический сигнал, способный возбудить небольшую дипольную антенну, находящуюся перед каждым излучающим элементом фазированной антенной решетки и работающую в ближней зоне.Known fiber optic microwave photovoltaic module for calibrating and monitoring the phase of each radiating element in an active phased array (see https://www.researchgate.net/publication/235084654_RF_Photonic_In-Situ_Real-Time_Phased_Array_Antenna_Calibration_System MG D Parent. WM D. Ch.S. McDermitt, F. Bucholtz). This module uses a photon excitation device, which includes a low-power photodetector that converts the modulated optical signal into a high-frequency calibrated (reference) electric signal that can excite a small dipole antenna located in front of each radiating element of the phased array and operating in the near field.

Недостатками известного устройства служит малая (1 мВт) выходная мощность модуля, которой возбуждается небольшая дипольная антенна, передающая высокочастотный калиброванный сигнал на излучающий элемент антенной решетки, а сама дипольная антенна находится в ближней зоне каждого из элементов фазированной антенной решетки, то есть предлагаемое устройство не рассчитано для работы в дальней зоне для излучения высокочастотного сигнала в открытое пространство на большие расстояния и служит как источник высокочастотного гармонического калиброванного колебания с малой мощностью и узкой полосой пропускания.The disadvantages of the known device is the small (1 mW) output power of the module, which excites a small dipole antenna that transmits a high-frequency calibrated signal to the radiating element of the antenna array, and the dipole antenna is located in the near zone of each element of the phased antenna array, i.e., the proposed device is not designed for working in the far zone for emitting a high-frequency signal into open space over long distances and serves as a source of high-frequency harmonic cal Low-power oscillations with a narrow passband.

Известен оптоволоконный фотоэлектрический СВЧ модуль (см. http://masters.donntu.org/2012/fit/samoylenko/diss/index.htm, Самойленко Д.А. «Исследование характеристик интегрированных микрополосковых активных антенн в защищенных системах связи»), В данном устройстве реализована рассматривается концепция фотонной антенны, отличающейся от традиционной микроволновой антенны тем, что коаксиальный кабель заменен оптическим волокном, устройством возбуждения антенны является фотодетектор, а источником оптического сигнала - лазер. В фотодетекторе происходит преобразование амплитудно-модулированного оптического сигнала в электрический, который и возбуждает микроволновую антенну. Недостатком известного устройства, как утверждает автор, является большие потери при преобразовании, которые могут превышать 10 дБ и низкая выходная мощность СВЧ сигнала, ограниченная максимальным фототоком фотодетектора, который не превышает нескольких десятков миллиампер.Known fiber optic photoelectric microwave module (see http://masters.donntu.org/2012/fit/samoylenko/diss/index.htm, DA Samoilenko "Study of the characteristics of integrated microstrip active antennas in secure communication systems"), V This device implements the concept of a photon antenna, which differs from a traditional microwave antenna in that the coaxial cable is replaced by an optical fiber, the antenna excitation device is a photo detector, and the laser is the source of the optical signal. In the photodetector, the amplitude-modulated optical signal is converted into an electrical signal, which excites the microwave antenna. The disadvantage of the known device, according to the author, is the large conversion loss, which can exceed 10 dB and the low output power of the microwave signal, limited by the maximum photo current of the photodetector, which does not exceed several tens of milliamps.

Известен оптоволоконный фотоэлектрический СВЧ модуль (см. http://www.nict.go.ip/publication/shuppan/kihou-journal-vol51no.1.2/5-3.pdf, Li Keren и др. «Photonic Antennas and its Application to Radio-over-Fiber Wireless Communication Systems», Journal of the National Institute of Information and Communications Technology, Vol. 51, 2004), в котором представлен вариант прямой интеграции фотодетектора с планарной антенной через копланарный волновод. Недостатком известного устройства является низкая выходная мощность устройства (10 мВт).Known optical fiber photoelectric microwave module (see http: //www.nict.go.ip/publication/shuppan/kihou-journal-vol51no.1.2/5-3.pdf, Li Keren and others. "Photonic Antennas and its Application to Radio-over-Fiber Wireless Communication Systems ”, Journal of the National Institute of Information and Communications Technology, Vol. 51, 2004), which presents an option for direct integration of a photodetector with a planar antenna through a coplanar waveguide. A disadvantage of the known device is the low output power of the device (10 mW).

Известно устройство (см. патент US 20040145026 «Photonic transmitters Chi-Kuang Sun и др., дата публикации 29 июля 2004 г, https://www.google.ch/patents/US20040145026). в котором «печатная» щелевая антенна соединена через секцию сопротивлений согласования, через копланарный волновод и интегрирована с фотодетектором. Недостатками известного устройства является низкая мощность, составляющая единицы милливатт.A device is known (see US patent 20040145026 "Photonic transmitters Chi-Kuang Sun et al., Publication date July 29, 2004, https://www.google.ch/patents/US20040145026). in which the “printed” slot antenna is connected through a matching resistance section, through a coplanar waveguide and integrated with a photodetector. The disadvantages of the known device is the low power component of milliwatts.

Наиболее близким техническим решением-прототипом является оптоволоконный фотоэлектрический СВЧ модуль (см. патент US 2006140644, «High performance, high efficiency fiber optic link for analog and RF systems», A.Paolella, дата публикации 29 июня 2006 г., http://www.google.ch/patents/US20060140644). состоящий из фотодетектора, оптоволокна и антенны, в котором описан вариант преобразования промодулированного оптического сигнала в высокочастотный электрический сигнал с помощью одного фотодетектора и передача сигнала в антенну за счет прямого преобразования: модулированный оптический сигнал -оптоволокно - детектирование - антенна.The closest technical solution of the prototype is an optical fiber photoelectric microwave module (see patent US 2006140644, "High performance, high efficiency fiber optic link for analog and RF systems", A.Paolella, publication date June 29, 2006, http: // www.google.ch/patents/US20060140644). consisting of a photodetector, optical fiber and antenna, which describes the option of converting the modulated optical signal to a high-frequency electrical signal using one photodetector and transmitting the signal to the antenna due to direct conversion: modulated optical signal -optical fiber - detection-antenna.

Недостатком известного устройства является небольшая мощность (1 мВт) устройства возбуждения, которая ограничивается мощностью одного фотодетектора, невозможностью оптимального согласования фотодетектора с антенной, что ведет к потере мощности генерируемого антенной сигнала и искажению самого сигнала.A disadvantage of the known device is the small power (1 mW) of the excitation device, which is limited by the power of one photodetector, the impossibility of optimal matching of the photodetector with the antenna, which leads to loss of power of the generated antenna signal and distortion of the signal itself.

Задача настоящего изобретения - повышение мощности и быстродействия оптоволоконного фотоэлектрического преобразователя мощных СВЧ импульсов лазерного излучения.The objective of the present invention is to increase the power and speed of a fiber optic photoelectric converter of high-power microwave pulses of laser radiation.

Поставленная задача достигается тем, что оптоволоконный фотоэлектрический СВЧ модуль включает симметричный оптоволоконный разветвитель, в первичное оптоволокно которого вводятся мощные импульсы оптического излучения длительностью менее 2 не в спектральном диапазоне 810-860 нм, длина вторичных оптоволокон разветвителя установлена отличающейся не более, чем на 3 мм, для обеспечения синхронности работы фотодететоров с фазовым сдвигом не более 10 пс.Каждое из вторичных оптоволокон оптически стыковано с AlGaAs-GaAs фотодетектором, фотодетекторы работают в вентильном режиме без приложения внешнего напряжения, фотодетекторы напаяны на электроизолирующем теплопроводящем основании так, что расстояние между соседними фото детекторами установлено в диапазоне не более 150 мкм, контакты к и- и р-областям электронного (п) и дырочного (р) типов проводимости каждого фотодетектора, соединены электрически последовательно в сборку, а контакты к крайним фотодетекторам сборки электрически подсоединены с помощью согласующих СВЧ устройств, например, в микрополосковом исполнении, к высокочастотной нагрузке с волновым сопротивлением RH, причем параметры и количество фотодетекторов N в модуле установлено в соответствии с условиемThis object is achieved in that the optical fiber photoelectric microwave module includes a symmetrical optical fiber splitter, into the primary optical fiber of which powerful pulses of optical radiation are introduced for a duration of less than 2 not in the spectral range of 810-860 nm, the length of the secondary optical fiber splitter is set to differ by no more than 3 mm, to ensure synchronized operation of photodetectors with a phase shift of no more than 10 ps. Each of the secondary optical fibers is optically coupled to an AlGaAs-GaAs photodetector, photodetectors They operate in the valve mode without applying external voltage, the photodetectors are soldered on an electrically insulating heat-conducting base so that the distance between adjacent photo detectors is set to no more than 150 μm, contacts to the i and p regions of the electron (p) and hole (p) types of conductivity each photodetector, are connected electrically in series to the assembly, and the contacts to the extreme photodetectors of the assembly are electrically connected using microwave matching devices, for example, in a microstrip design, to high frequencies oh load with impedance R H, wherein the parameters N and the number of photodetectors in the module installed in accordance with the condition

Rн=kNRфд,R n = kNR PD,

где Rн - эффективное волновое сопротивление нагрузки модуля,where R n is the effective load impedance of the module,

Rфд - оптимальные нагрузочные сопротивления фотодетекторов в составе модуля,R fd - the optimal load resistance of the photodetectors in the module,

k - эмпирический коэффициент, увеличивающийся с увеличением длительности оптических импульсов от величины менее 0,8 при длительности импульсов

Figure 00000001
меньше 0,5 не до
Figure 00000002
при
Figure 00000001
более 2 нс.k is an empirical coefficient that increases with increasing duration of optical pulses from a value of less than 0.8 when the pulse duration
Figure 00000001
less than 0.5 not to
Figure 00000002
at
Figure 00000001
more than 2 ns.

В оптоволоконном фотоэлектрическом СВЧ модуле контакты к n- и p-областям каждого фотодетектора могут быть выполнены на его фронтальной поверхности, фотодетекторы могут быть соединены между собой с помощью золотых шин, сечение которых составляет не менее 0,01 мм2, а электрическое подсоединение к нагрузке может быть осуществлено с помощью согласующих полосковых линий.In the optical fiber photoelectric microwave module, contacts to the n- and p-regions of each photodetector can be made on its front surface, photodetectors can be interconnected using gold buses, the cross section of which is at least 0.01 mm 2 , and the electrical connection to the load can be done using matching strip lines.

В оптоволоконном фотоэлектрическом СВЧ модуле контакты к n- и p-областям каждого фотодетектора могут быть выполнены на разных, фронтальной и тыльной, поверхностях фотодетектора, фотодетекторы могут быть соединены между собой «внахлест», образуя ступенчатую конструкцию типа «лесенка», а электрическое подсоединение к нагрузке может быть осуществлено полосковыми согласующими линиями (полосковыми согласующими устройствами).In the optical fiber photoelectric microwave module, the contacts to the n- and p-regions of each photodetector can be made on different, frontal and rear surfaces of the photodetector, photodetectors can be lapped together to form a step-like construction, and the electrical connection to the load can be carried out by strip matching lines (strip matching devices).

В оптоволоконном фотоэлектрическом СВЧ модуле контакты к крайним фотодетекторам могут быть подключены к антенному фидеру с использованием согласующих копланарных волноводов.In the optical fiber photoelectric microwave module, the contacts to the edge photodetectors can be connected to the antenna feeder using matching coplanar waveguides.

Настоящее техническое решение поясняется чертежами, где:This technical solution is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 представлена конструкция настоящего оптоволоконного фотоэлектрического СВЧ модуля (вид «сбоку») на основе 3-х фотодетекторов, расположенных в линейку друг с другом;in FIG. 1 shows the design of this fiber optic photoelectric microwave module (side view) based on 3 photodetectors arranged in a line with each other;

на фиг. 2 представлен вид «снизу» той же конструкции, что и на фиг. 1, по разрезу А-А на фиг. 1;in FIG. 2 is a bottom view of the same structure as in FIG. 1, along section AA in FIG. one;

на фиг. 3 представлена конструкция настоящего оптоволоконного фотоэлектрического СВЧ модуля с последовательным соединением 8-ми фотодетекторов «внахлест» в виде «лесенки»;in FIG. 3 shows the design of a real fiber optic photoelectric microwave module with a serial connection of 8 “overlap” photodetectors in the form of a “ladder”;

на фиг. 4 представлены формы импульсов генерируемого напряжения и мощности до 4 Вт настоящего оптоволоконного фотоэлектрического СВЧ модуля при частоте следования оптических импульсов (до 60 МГц) и длительностью 1,8 не. Длительность электрических импульсов на полувысоте амплитуды составляет 2 не.in FIG. Figure 4 shows the pulse shapes of the generated voltage and power up to 4 W of a real fiber-optic photoelectric microwave module at an optical pulse repetition rate (up to 60 MHz) and a duration of 1.8 nsec. The duration of the electrical pulses at half maximum amplitude is 2 ns.

Для увеличения мощности и быстродействия оптоволоконного фотоэлектрического СВЧ модуля и возможности оптимального согласования выходного сопротивления фотоэлектрического модуля и волнового сопротивления высокочастотной нагрузки предлагается оптоэлектронный фотоэлектрический СВЧ модуль, конструкции которого представлены на фиг. 1 (вид сбоку), фиг. 2 (вид снизу - по разрезу А-А на фиг. 1) и фиг. 3.To increase the power and speed of the optical fiber photoelectric microwave module and the possibility of optimal matching of the output impedance of the photoelectric module and the wave resistance of the high-frequency load, an optoelectronic photoelectric microwave module is proposed, the structures of which are shown in FIG. 1 (side view), FIG. 2 (bottom view — along section AA in FIG. 1) and FIG. 3.

Оптоволоконный фотоэлектрический СВЧ модуль включает в себя (фиг. 1 и фиг. 2):Fiber optic photoelectric microwave module includes (Fig. 1 and Fig. 2):

1 - первичное оптоволокно,1 - primary fiber

2 - симметричный оптоволоконный разветвитель на N вторичных оптоволокон,2 - symmetric optical fiber splitter on N secondary optical fibers,

3 - вторичные оптоволокна,3 - secondary optical fibers,

4 - СВЧ фотодетекторы,4 - microwave photodetectors,

5 - электроизолирующее, теплопроводящее основание,5 - electrically insulating, thermally conductive base,

6 - минусовой контакт фотодетектора,6 - negative contact photodetector,

7 - плюсовой контакт фотодетектора,7 - positive contact photodetector,

8 - шины соединения фотодетекторов,8 - bus connection photodetectors,

9 - контакты для электрического подключения модуля к нагрузке, например, к антенному фидеру,9 - contacts for electrical connection of the module to the load, for example, to an antenna feeder,

10 - электрическое соединение контактов 9, например, антенный фидер,10 - electrical connection of contacts 9, for example, an antenna feeder,

11 - контакты антенны для подключения модуля, например, через антенный фидер,11 - antenna contacts for connecting the module, for example, through an antenna feeder,

12 - нагрузка, например, антенный излучатель.12 - load, for example, an antenna emitter.

На фиг. 3 показан вариант модуля на основе сборки из 8-ми фотодетекторов «внахлест», образующих ступенчатую конструкцию типа «лесенка». Здесь 1 - вторичные оптоволокна, 2 - держатель оптоволокон, 3 - электрический СВЧ разъем СР-50-727, 4 - теплопроводящее электроизолирующее основание, 5 - фотодетекторы, 6 - металлизация, 7 - теплосбрасывающий медный корпус.In FIG. Figure 3 shows a variant of a module based on an assembly of 8 overlap photodetectors that form a step structure of a ladder type. Here 1 - secondary optical fibers, 2 - optical fiber holder, 3 - electrical microwave connector SR-50-727, 4 - heat-conducting electrically insulating base, 5 - photodetectors, 6 - metallization, 7 - heat-saving copper case.

Мощные оптические импульсы (порядка 10 Вт и более), сформированные лазерным источником излучения, и длительностью порядка одной наносекунды (и менее) и частотой следования более 100 МГц поступают по многомодовому оптоволокну 1 на оптический разветвитель 2, равномерно разделяющем мощность входного оптического сигнала между вторичными оптоволокнами 3 с диаметром d1. Каждое из вторичных оптоволокон в количестве N состыковано оптически с фотодетекторами 4.High-power optical pulses (of the order of 10 W or more) generated by a laser radiation source, and of a duration of the order of one nanosecond (or less) and a repetition rate of more than 100 MHz are transmitted via multimode optical fiber 1 to optical splitter 2, which evenly divides the power of the input optical signal between secondary optical fibers 3 with a diameter of d 1 . Each of the secondary optical fibers in the amount of N is connected optically with photodetectors 4.

Длина вторичных оптоволокон не должна отличаться друг от друга более, чем на 3 мм. При этом условии фазовый сдвиг между оптическими импульсами составляет не более 15 пс при распространении импульса по вторичным оптоволокнам 3, которые состыкованы с фотодетекторами 4. Это позволяет эффективно преобразовывать без искажения как «длинные» оптические импульсы длительностью более 1 не, так и оптические импульсы длительностью менее 0,5 не.The length of the secondary optical fibers should not differ from each other by more than 3 mm. Under this condition, the phase shift between the optical pulses is not more than 15 ps during the propagation of the pulse through the secondary optical fibers 3, which are coupled to the photodetectors 4. This allows you to effectively convert without distortion as long optical pulses longer than 1 ns and optical pulses with a duration of less than 0.5 not.

Фотодетекторы изготовлены на основе AlGaAs/GaAs гетероструктуры с максимальной фоточувствительностью в спектральном диапазоне 810-860 нм. Спад фотоответа в длинноволновой области связан со «сквозным» прохождением фотонов с длиной волны более 860 нм через фотоактивную область фотодетектора с учетом того, что толщина области поглощения фотонов и генерации носителей тока в разработанных фотодетекторах составляет менее 1,5 мкм для уменьшения времени разделения генерированных носителей тока и улучшения быстродействия фотодетекторов. Снижение фоточувствительности в коротковолновой области спектра при длине волны менее 810 нм связано с увеличением стоксовких потерь на «охлаждение» горячих носителей тока, генерированных фотонами с энергией, заметно большей ширины запрещенной зоны полупроводника (арсенида галлия). Дополнительные потери в коротковолновой области имеют место за счет поглощения излучения в слое сильнолегированного широкозонного «окна», выполненного из твердого раствора Al0.12Ga0.88As, имеющего коротковолновую границу поглощения при λ=810 нм. Данный состав этого слоя является оптимальным с точки зрения минимизации омических потерь и максимизации фоточувствительности в спектральном диапазоне 810-860 нм излучения разработанных мощных полупроводниковых лазеров.Photodetectors are based on AlGaAs / GaAs heterostructures with maximum photosensitivity in the spectral range of 810-860 nm. The decrease in the photoresponse in the long-wavelength region is associated with the “through” passage of photons with a wavelength of more than 860 nm through the photoactive region of the photodetector, taking into account that the thickness of the region of absorption of photons and generation of current carriers in the developed photodetectors is less than 1.5 μm to reduce the separation time of the generated carriers current and improve the speed of photodetectors. The decrease in photosensitivity in the short-wavelength region of the spectrum at a wavelength of less than 810 nm is associated with an increase in the Stokes losses for the “cooling” of hot current carriers generated by photons with energies noticeably greater than the band gap of the semiconductor (gallium arsenide). Additional losses in the short-wavelength region occur due to absorption of radiation in the layer of a heavily doped wide-gap “window” made of Al 0.12 Ga 0.88 As solid solution having a short-wavelength absorption boundary at λ = 810 nm. This composition of this layer is optimal from the point of view of minimizing ohmic losses and maximizing photosensitivity in the spectral range of 810-860 nm radiation of developed high-power semiconductor lasers.

Фоточувствительная поверхность, имеет форму круга диаметром d2 (фиг. 1 и фиг. 2). Для передачи максимальной мощности оптического сигнала форма рабочей поверхности фотодетектора задается формой поперечного сечения сердечника оптоволокна 3, т.е. имеет форму круга, причем диаметр фоточувствительной поверхности фотодетектора d2 больше диаметра оптоволокна d1, что обеспечивает возможность полного «захвата» фотодетектором оптического излучения из оптоволокна. В разработанных устройствах диаметр оптоволокон составляет d1=200 мкм, а диаметр фотодетекторов d2=250 мкм.The photosensitive surface has the shape of a circle with a diameter of d 2 (Fig. 1 and Fig. 2). To transmit the maximum power of the optical signal, the shape of the working surface of the photodetector is determined by the cross-sectional shape of the core of the optical fiber 3, i.e. has the shape of a circle, and the diameter of the photosensitive surface of the photodetector d 2 is larger than the diameter of the optical fiber d 1 , which allows the photodetector to completely “capture” optical radiation from the optical fiber. In the developed devices, the diameter of the optical fibers is d 1 = 200 μm, and the diameter of the photodetectors d 2 = 250 μm.

Фотодетекторы 4 в модуле (фиг. 1) напаяны на одном теплопроводящем электроизолирующем основании 5 и располагаются на нем в одну линию друг рядом с другом на расстояние не более 150 мкм между ними. На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 это расстояние обозначено как h. Данный диапазон расстояния h между фотодетекторами определяется либо диапазоном минимальных толщин дисков, используемых в станках для механического прецизионного разделения гетероструктур AlGaAs/GaAs на чипы фотодетекторов при расположении фотодетекторов в сборке в одной плоскости (фиг. 1 и фиг. 2), либо минимальной толщиной гетероструктур фотодетекторов при расположении фотодетекторов «внахлест» в виде «лесенки» (фиг. 3).Photodetectors 4 in the module (Fig. 1) are soldered on one heat-conducting electrically insulating base 5 and are located on it in a line next to each other at a distance of not more than 150 microns between them. In FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, this distance is denoted by h. This range of distance h between the photodetectors is determined either by the range of minimum disk thicknesses used in machines for the mechanical precision separation of AlGaAs / GaAs heterostructures into photodetector chips when the photodetectors are in the assembly in the same plane (Fig. 1 and Fig. 2), or by the minimum thickness of the photodetector heterostructures when the location of the photo-detectors "overlap" in the form of a "ladder" (Fig. 3).

Для обеспечения эффективного теплоотвода и минимального разогрева фотодетекторов в модуле, работающем при импульсной мощности лазерного излучения до 20 Вт и частоте следования импульсов более 100 МГц, в качестве основы фотодетекторов выбирается теплопроводящее электроизолирующее основание 5, выполненное, например, из керамики нитрида алюминия или окиси бериллия, с высоким коэффициентом теплопроводности: не менее 200 Вт/м⋅К.To ensure effective heat removal and minimal heating of photodetectors in a module operating at a pulsed laser radiation power of up to 20 W and a pulse repetition rate of more than 100 MHz, a heat-conducting electrically insulating base 5, made, for example, of aluminum nitride or beryllium oxide ceramic, is selected as the basis of photodetectors with a high coefficient of thermal conductivity: not less than 200 W / m⋅K.

Учитывая динамический режим работы устройства, например, для передачи максимальной импульсной мощности сигнала от фотоэлектрического модуля к антенне, необходимо выполнить условия согласования между фидерной линией и устройством возбуждения, а именно: волновое сопротивление антенного фидера должно быть равно выходному сопротивлению фотодетектора. При полном согласовании в линии передачи течет ток постоянной величины по всей ее длине и его значение в антенне зависит только от выходной мощности модуля.Given the dynamic mode of operation of the device, for example, to transmit the maximum pulse power of the signal from the photovoltaic module to the antenna, it is necessary to fulfill the matching conditions between the feeder line and the excitation device, namely: the wave resistance of the antenna feeder should be equal to the output resistance of the photodetector. With full coordination, a constant current flows throughout the transmission line along its entire length and its value in the antenna depends only on the output power of the module.

Известные оптоволоконные фотоэлектрические СВЧ устройства работают с приложением напряжения смещения, т.е. фотодетекторы запитываются постоянным напряжением, что требует подводки дополнительного электрического кабеля одновременно с подводкой оптоволоконного кабеля. В разработанном устройстве фотодетекторы работают без приложения напряжения смещения (вентильный режим работы фотодетектора). При реализации вентильного режима работы к самому СВЧ модулю подводится только оптоволоконный кабель. Использование оптоволокна в модуле без применения электрических кабелей позволяет увеличить помехоустойчивость высокочастотного тракта всей системы, т.к. потери при передаче сигнала в оптоволоконной линии значительно меньше, чем в электрических цепях. При отказе от электрического кабеля в высокочастотном тракте уменьшается вес устройства, повышается надежность работы устройства, т.к. оптоволокно не окисляется, не намокает, не замыкает. Кроме этого, оптоволокно обладает высокой защищенностью от межволоконных влияний, т.к. уровень экранирования межволоконного излучения более 100 дБ, т.е. сигнал в одном волокне не влияет на сигнал в другом волокне. Важным фактором при использовании оптоволокна и отказе от приложения обратного напряжения смещения к фотодетектору (отказе от подводки электрического кабеля дополнительно к оптоволокну) является его пожаробезопасность и взрывобезопасность даже при изменении физических и химических параметров самого оптоволокна.Known fiber optic photoelectric microwave devices operate with bias voltage applied, i.e. photo detectors are powered by a constant voltage, which requires an additional electrical cable at the same time as the fiber optic cable. In the developed device, photodetectors work without the application of bias voltage (gate mode of photodetector operation). When implementing the gate operation mode, only the fiber optic cable is supplied to the microwave module itself. The use of optical fiber in the module without the use of electric cables allows to increase the noise immunity of the high-frequency path of the entire system, because the loss in signal transmission in the fiber optic line is much less than in electrical circuits. If you refuse the electric cable in the high-frequency path, the weight of the device decreases, the reliability of the device increases, because the optical fiber does not oxidize, does not get wet, does not close. In addition, the fiber has high security against interfiber influences, as interfiber radiation shielding level of more than 100 dB, i.e. a signal in one fiber does not affect a signal in another fiber. An important factor in the use of optical fiber and the refusal to apply reverse bias voltage to the photodetector (refusal from supplying an electric cable in addition to the optical fiber) is its fire safety and explosion safety even when the physical and chemical parameters of the optical fiber itself are changed.

При оптимальной мощности входного оптического импульса, который подается на фоточувствительную поверхность каждого фотодетектора, последовательное соединение фотодетекторов (в количестве N) позволяет увеличить в N - раз выходное сопротивление, что дает возможность согласовать фотоэлектрический модуль с нагрузкой. При этом выполняется условиеAt the optimal input optical pulse power, which is fed to the photosensitive surface of each photodetector, the series connection of photodetectors (in the amount of N) allows to increase the output resistance by a factor of N, which makes it possible to match the photoelectric module with the load. In this case, the condition

Rн=kNRфд,R n = kNR PD,

где Rн - эффективное волновое сопротивление нагрузки модуля,where R n is the effective load impedance of the module,

Rфд - оптимальные нагрузочные сопротивления фотодетекторов в составе модуля,R fd - the optimal load resistance of the photodetectors in the module,

k - эмпирический коэффициент, увеличивающийся с увеличением длительности оптических импульсов от k=0,8 при длительности импульсов

Figure 00000003
нс до k=0,9 при
Figure 00000004
нс и до величины, близкой к единице, при
Figure 00000001
более 3 нс.k is an empirical coefficient that increases with increasing duration of optical pulses from k = 0.8 for pulse duration
Figure 00000003
ns to k = 0.9 for
Figure 00000004
ns and to a value close to unity, at
Figure 00000001
more than 3 ns.

Физическое значение коэффициента к состоит в следующем. При работе устройства в импульсном режиме важным параметром является широкополосность самого устройства возбуждения, которая определяется временными и частотными характеристиками излучаемого импульсного сигнала, а именно длительностью импульса, и частотой его следования, которые и определяют частотный спектр передаваемого сигнала и, соответственно, требуемую полосу пропускания самого устройства.The physical value of the coefficient k is as follows. When the device is operating in pulsed mode, an important parameter is the broadband of the excitation device itself, which is determined by the time and frequency characteristics of the emitted pulse signal, namely the pulse duration and its repetition rate, which determine the frequency spectrum of the transmitted signal and, accordingly, the required bandwidth of the device itself .

Экспериментально было установлено, что при работе фотодетекторов в настоящем модуле на оптимальной нагрузке Rфд, обеспечивающей максимальную генерируемую мощность при фиксированной оптической мощности, происходит уширение электрического импульса модуля на величину порядка 0,5 нс. Это уширение определяется в основном величиной диффузионной емкости фотодетекторов, минимизировать которую возможно при выборе величины нагрузочного сопротивления фотодетекторов меньшим значения Rфд, т.е. при смещении режима работы фотодетекторов от работы на оптимальную нагрузку Rфд к режиму работы при большем значении фототока и меньшем значении напряжения. При длительности оптических импульсов более 3 нс это уширение импульсов является незначительным. Однако, при уменьшении длительности оптических импульсов роль этого уширения возрастает.It was experimentally established that when the photodetectors are operating in the present module at the optimum load R fd , which provides the maximum generated power at a fixed optical power, the electrical pulse of the module is broadened by about 0.5 ns. This broadening is mainly determined by the diffusion capacitance of the photodetectors, which can be minimized by choosing the load resistance of the photodetectors lower than the value of R fd , i.e. when the operation mode of the photodetectors is shifted from operation to the optimal load R fd to the operation mode with a larger photocurrent and a lower voltage value. For optical pulses longer than 3 ns, this pulse broadening is insignificant. However, with a decrease in the duration of optical pulses, the role of this broadening increases.

Коэффициент k является «регулятором» режима работы модуля, обеспечивающим оптимизацию уширения импульса. Увеличение коэффициента к означает уменьшение эффективного сопротивления нагрузки Rэфф<Rфд) и перевод режима работы фотодетектора из режима «оптимальной нагрузки» в режим уменьшенной нагрузки, при котором влияние диффузионной емкости фотодетекторов на уширение импульсов фотоотклика является незначительным. Величины коэффициента к уменьшается с уменьшением длительности импульса от значения близкого к единице для «длинных» импульсов

Figure 00000005
до значений к<0,8 при длительности импульсов
Figure 00000006
. В результате такой оптимизации режима работы фотодетекторов в модуле, уширение импульсов фототока не превышает величины 0,2 нс в разработанных СВЧ модулях (фиг. 5) и частоте следования импульсов 100 МГц.Coefficient k is a “regulator” of the module operating mode, providing optimization of pulse broadening. An increase in the coefficient k means a decrease in the effective load resistance R eff <R fd ) and a transfer of the photodetector operation mode from the “optimal load” mode to a reduced load mode, in which the effect of the photodetector diffusion capacitance on the broadening of the photoresponse pulses is insignificant. The coefficient k decreases with decreasing pulse duration from a value close to unity for "long" pulses
Figure 00000005
to values k <0.8 with pulse duration
Figure 00000006
. As a result of this optimization of the photodetector operation mode in the module, the broadening of the photocurrent pulses does not exceed 0.2 ns in the developed microwave modules (Fig. 5) and pulse repetition rate of 100 MHz.

При определенном волновом сопротивлении нагрузки (Rн) и количестве (N) фотодетекторов в устройстве, максимальная мощность устройства определяется выражениемWith a certain load impedance (R n ) and the number (N) of photodetectors in the device, the maximum power of the device is determined by the expression

Figure 00000007
Figure 00000007

где Рм - мощность модуля, выраженная в ваттах,where P m is the power of the module, expressed in watts,

Uм - максимальное рабочее напряжение, генерируемое каждым фотодетектором в модуле, выраженное в вольтах. При работе фотодетектора на основе гетероструктуры pAlGaAs-nGaAs в вентильном режиме величина максимального рабочего напряжения находится в диапазоне UM=1…1,1 В.U m is the maximum operating voltage generated by each photodetector in the module, expressed in volts. When a photodetector based on the pAlGaAs-nGaAs heterostructure is operating in the gate mode, the maximum working voltage is in the range of U M = 1 ... 1.1 V.

Увеличение количества (N) фотодетекторов в модуле при фиксированной нагрузке позволяет в N2-paз увеличить мощность устройства при возможности максимально точного согласования с нагрузкой.An increase in the number of (N) photodetectors in the module at a fixed load makes it possible to increase the power of the device in N 2 times when the most accurate matching with the load is possible.

Так при Rн=50 Ом и N=2 максимальная мощность модуля составляет порядка 80 мВт, а при Rн=50 Ом и N=20 максимальная мощность модуля -порядка 8 Вт, т.е. в 100 раз больше. При этом КПД модуля составляет порядка 50%.So at R n = 50 Ohm and N = 2, the maximum power of the module is about 80 mW, and at R n = 50 Ohm and N = 20 the maximum power of the module is about 8 W, i.e. 100 times more. In this case, the efficiency of the module is about 50%.

В соответствии с п.2 формулы настоящего изобретения электрические контакты 6 и 7 к n- и p-областям фотодетекторов выполнены на фронтальной, облучаемой поверхности каждого фотодетектора. Электрические контакты 6 и 7 (на фиг. 1 и фиг. 2) фото детекторов располагаются следующим образом: вывод катода фото детектора ФД1 расположен рядом с выводом анода фотодетектора ФД2, вывод катода фотодетектора ФД2 расположен рядом с выводом анода фотодетектора ФД3, что позволяет осуществлять их последовательное электрическое соединение с минимальной длиной (не более 150 мкм) токопроводящих шин 8. Минимизация длины токопроводящих шин 8 необходима для уменьшения общей паразитной индуктивности устройства. При таком расположении фотодетекторов вдоль одной линии электрическое соединение фотодетекторов и оптическая стыковка каждого вторичного оптоволокна 3 с рабочей поверхностью соответствующего фотодетектора 4 осуществляется с минимальными электрическими и оптическими потерями.In accordance with claim 2 of the present invention, the electrical contacts 6 and 7 to the n- and p-regions of the photodetectors are made on the front, irradiated surface of each photodetector. The electrical contacts 6 and 7 (in Fig. 1 and Fig. 2) of the photo detectors are arranged as follows: the cathode of the photo detector ФД1 is located next to the output of the anode of the photodetector ФД2, the output of the cathode of the photodetector ФД2 is located next to the output of the anode of the photodetector ФД3, which allows them serial electrical connection with a minimum length (not more than 150 microns) of the conductive busbars 8. Minimization of the length of the conductive busbars 8 is necessary to reduce the overall stray inductance of the device. With this arrangement of photodetectors along one line, the electrical connection of the photodetectors and the optical docking of each secondary optical fiber 3 with the working surface of the corresponding photodetector 4 are carried out with minimal electrical and optical losses.

Расстояние h между фотодетекторами устанавливается в этом случае в диапазоне 30-150 мкм. В конструкции устройства, показанной на фиг. 1, данный диапазон значений h определяется диапазоном минимальных толщин дисков, используемых в станках для механического разделения гетероструктур на отдельные чипы фотодетекторов. Для уменьшения омических и индуктивных потерь при таком последовательном соединении фотодетекторов используются золотые проводники с площадью сечения не менее 0.01 мм2, обеспечивающие повышенную электропроводность и уменьшенную индуктивность сборки фотодетекторов.The distance h between the photodetectors is set in this case in the range of 30-150 microns. In the design of the device shown in FIG. 1, this range of h values is determined by the range of minimum disk thicknesses used in machines for mechanical separation of heterostructures into individual photodetector chips. To reduce ohmic and inductive losses with such a serial connection of photodetectors, gold conductors with a cross-sectional area of at least 0.01 mm 2 are used , which provide increased electrical conductivity and reduced inductance of the photodetector assembly.

В соответствие с п. 3 формулы изобретения электрические контакты к n- и p-областям фотодетекторов выполнены на разных (тыльной и облучаемой) поверхностях фотодетекторов, а их последовательное соединение осуществляется «внахлест» в виде «лесенки» (фиг. 3). В этом случае минимальное расстояние между фотоактивными областями фото детекторов, расположенными на глубине 1-2 мкм от облучаемой поверхности фотодетекторов, установлено в диапазоне 100-150 мкм, определяемым минимально достижимой толщиной фотодетекторов.In accordance with paragraph 3 of the claims, the electrical contacts to the n- and p-regions of the photodetectors are made on different (back and irradiated) surfaces of the photodetectors, and their serial connection is "overlapped" in the form of a "ladder" (Fig. 3). In this case, the minimum distance between the photoactive regions of the photo detectors, located at a depth of 1-2 μm from the irradiated surface of the photodetectors, is set in the range of 100-150 μm, determined by the minimum achievable thickness of the photodetectors.

Из эксперимента было установлено, что такая коммутация фотодетекторов «внахлест» обеспечивает минимальную индуктивность сборки и является более предпочтительной при уменьшении длительности оптических импульсов до значений менее 1 нс.From the experiment it was found that such an overlapping photodetector switching provides a minimum inductance of the assembly and is more preferable when reducing the duration of optical pulses to values less than 1 ns.

В соответствии с п.4 формулы изобретения контакты к крайним фотодетекторам подключены к антенному фидеру с использованием согласующих копланарных волноводов. Такое подключение фотоэлектрического СВЧ модуля с антенной через антенный фидер обеспечивает минимизацию потерь мощности при передаче импульсных сигналов от фотоэлектрического СВЧ модуля к антенне.In accordance with paragraph 4 of the claims, the contacts to the extreme photodetectors are connected to the antenna feeder using matching coplanar waveguides. Such a connection of the photoelectric microwave module with the antenna through the antenna feeder ensures minimization of power loss when transmitting pulsed signals from the photoelectric microwave module to the antenna.

Пример 1. Фотоэлектрический СВЧ модуль выполнен в соответствии с п. 1 и п. 2 формулы изобретения. Rн=15 Ом, Rфд=2 Ом, длительность оптических импульсов

Figure 00000008
нс, k=0,94. Количество фотодетекторов в модуле N=8. Максимальное рабочее напряжение, генерируемое единичными фотодетекторами в модуле, Uм=1 В. Максимальная пиковая импульсная мощность модуля
Figure 00000009
Вт. При длительности оптических импульсов 1,8 нс длительность электрических импульсов составляет 2 нс на полувысоте амплитуды мощности (фиг. 4).Example 1. The photoelectric microwave module is made in accordance with paragraph 1 and paragraph 2 of the claims. R n = 15 Ohms, R fd = 2 Ohms, the duration of the optical pulses
Figure 00000008
ns, k = 0.94. The number of photodetectors in the module N = 8. The maximum operating voltage generated by individual photodetectors in the module, U m = 1 V. The maximum peak pulse power of the module
Figure 00000009
Tue With a duration of optical pulses of 1.8 ns, the duration of electrical pulses is 2 ns at half maximum of the power amplitude (Fig. 4).

Пример 2. Фотоэлектрический СВЧ модуль выполнен в соответствии с п. 1 и п. 3 формулы изобретения. Контакты к крайним фотодетекторам подключены к 50-омному коаксиальному кабелю, Rн=50 Ом, Rфд=2,5 Ом, длительность оптических импульсов

Figure 00000010
нс, коэффициент k=0,9, количество фотодетекторов в устройстве N=22, Uм=1,04 В, максимальная импульсная мощность модуля, передаваемая в нагрузку через коаксиальный кабель, составляет Рм=9,4 Вт. При длительности оптических импульсов 1 нс длительность электрических импульсов составляет 1,2 нс.Example 2. The photoelectric microwave module is made in accordance with paragraph 1 and paragraph 3 of the claims. The contacts to the extreme photodetectors are connected to a 50-ohm coaxial cable, R n = 50 Ohms, R fd = 2.5 Ohms, the duration of the optical pulses
Figure 00000010
ns, coefficient k = 0.9, the number of photodetectors in the device N = 22, U m = 1.04 V, the maximum pulsed power of the module transmitted to the load through a coaxial cable is P m = 9.4 W. With an optical pulse duration of 1 ns, the electrical pulse duration is 1.2 ns.

Пример 3. Фотоэлектрический СВЧ модуль выполнен в соответствии с п. 1, п. 2 и п. 4 формулы изобретения. Модуль подключен к антенне через антенный фидер. Эффективное волновое сопротивление фидера Rн=100 Ом, RФД=3,4 Ом. Длительность оптических импульсов

Figure 00000010
нс. Значение эмпирического коэффициента k=0,9. Количество фотодетекторов в модуле N=32. Максимальное рабочее напряжение, генерируемое единичными фотодетекторами в модуле, Uм=1,03 В. Максимальная мощность модуля, передаваемая в антенну, составляет
Figure 00000011
Вт. При длительности оптических импульсов 1 нс длительность электрических импульсов составляет 1,2 нс.Example 3. The photoelectric microwave module is made in accordance with paragraph 1, paragraph 2 and paragraph 4 of the claims. The module is connected to the antenna through an antenna feeder. The effective wave resistance of the feeder R n = 100 Ohms, R PD = 3.4 Ohms. Optical Pulse Duration
Figure 00000010
ns. The value of the empirical coefficient is k = 0.9. The number of photodetectors in the module N = 32. The maximum operating voltage generated by single photodetectors in the module, U m = 1.03 V. The maximum power of the module transmitted to the antenna is
Figure 00000011
Tue With an optical pulse duration of 1 ns, the electrical pulse duration is 1.2 ns.

Результатом разработки настоящего оптоволоконного фотоэлектрического СВЧ модуля является увеличение импульсной мощности СВЧ модуля до ~10 Вт при длительности электрических импульсов на полувысоте амплитуды 1-2 нс. При этом уширения электрических импульсов составили 0,2 нс по сравнению с длительностью оптических импульсов. Настоящее устройство обеспечивает возможность регулирования выходного сопротивления для его согласования с эффективным сопротивлением высокочастотной нагрузки.The result of the development of this optical fiber photoelectric microwave module is an increase in the pulse power of the microwave module to ~ 10 W with a duration of electric pulses at half maximum amplitude of 1-2 ns. In this case, the broadening of electric pulses amounted to 0.2 ns compared with the duration of optical pulses. This device provides the ability to control the output impedance to match it with the effective resistance of the high-frequency load.

Claims (7)

1. Оптоволоконный фотоэлектрический СВЧ модуль, включающий симметричный оптоволоконный разветвитель, в первичное оптоволокно которого вводятся мощные импульсы оптического излучения длительностью менее 2 нс в спектральном диапазоне 810-860 нм, длина вторичных оптоволокон разветвителя установлена отличающейся не более чем на 3 мм, каждое из вторичных оптоволокон оптически стыковано с AlGaAs-GaAs фотодетектором, фотодетекторы работают в вентильном режиме без приложения внешнего напряжения, фотодетекторы напаяны на электроизолирующем теплопроводящем основании так, что расстояние между соседними фотодетекторами установлено в диапазоне не более 150 мкм, контакты к n- и р-областям электронного (n) и дырочного (р) типов проводимости каждого фотодетектора соединены электрически последовательно в сборку, а контакты к крайним фотодетекторам сборки электрически подсоединены с помощью согласующих СВЧ линий к электрической нагрузке с эффективным сопротивлением Rн, причем количество фотодетекторов N в модуле установлено в соответствии с условием Rн=kNRфд,1. Optical fiber photoelectric microwave module, comprising a symmetrical optical fiber splitter, into the primary optical fiber of which powerful pulses of optical radiation are introduced for a duration of less than 2 ns in the spectral range of 810-860 nm, the length of the secondary optical fiber of the splitter is set to differ by no more than 3 mm, each of the secondary optical fibers optically docked to AlGaAs-GaAs photodetector, photodetectors operate in the gate mode without the application of external voltage, photodetectors are soldered to an electrically insulating heat For this reason, the distance between adjacent photodetectors is set to no more than 150 μm, the contacts to the n- and p-regions of the electronic (n) and hole (p) types of conductivity of each photodetector are electrically connected in series to the assembly, and the contacts to the extreme photodetectors of the assembly is electrically connected via matching microwave lines to an electrical load with an effective resistance R n, wherein n number of photodetectors in the module installed in accordance with the condition n = kNR R PD, где Rн - эффективное волновое сопротивление нагрузки модуля,where R n is the effective load impedance of the module, Rфд - оптимальные нагрузочные сопротивления фотодетекторов в составе модуля,R fd - the optimal load resistance of the photodetectors in the module, k - эмпирический коэффициент, увеличивающийся с увеличением длительности оптических импульсов от величины менее 0,8 при длительности импульсов менее 0,5 нс до k≅1 при τимп более 2 нс.k - empirical coefficient increases with increasing optical pulse duration on the magnitude of less than 0.8 at a pulse duration of less than 0.5 ns and τ imp k≅1 at more than 2 ns. 2. Оптоволоконный фотоэлектрический СВЧ модуль по п. 1, отличающийся тем, что контакты к n- и p-областям каждого фотодетектора выполнены на его фронтальной поверхности, фотодетекторы соединены между собой с помощью золотых шин, сечение которых составляет не менее 0,01 мм2, а электрическое подсоединение к нагрузке осуществлено согласующими полосковыми линиями.2. The optical fiber photoelectric microwave module according to claim 1, characterized in that the contacts to the n- and p-regions of each photodetector are made on its front surface, the photodetectors are interconnected using gold buses, the cross section of which is at least 0.01 mm 2 , and the electrical connection to the load is made by matching strip lines. 3. Оптоволоконный фотоэлектрический СВЧ модуль по п. 1, отличающийся тем, что контакты к n- и p-областям каждого фотодетектора выполнены на разных, фронтальной и тыльной, поверхностях фотодетектора, фотодетекторы соединены между собой «внахлест», образуя ступенчатую конструкцию типа «лесенка», а электрическое подсоединение к нагрузке осуществлено согласующими полосковыми линиями.3. The optical fiber photoelectric microwave module according to claim 1, characterized in that the contacts to the n- and p-regions of each photodetector are made on different, frontal and rear surfaces of the photodetector, the photodetectors are interconnected “overlapping”, forming a step design of the “ladder” type ”, And the electrical connection to the load is made by matching strip lines. 4. Оптоволоконный фотоэлектрический СВЧ модуль по пп. 1-3, отличающийся тем, что контакты к крайним фотодетекторам подключены к антенному фидеру с использованием согласующих копланарных волноводов.4. Fiber optic photoelectric microwave module according to paragraphs. 1-3, characterized in that the contacts to the extreme photodetectors are connected to the antenna feeder using matching coplanar waveguides.
RU2018104235A 2018-02-05 2018-02-05 Fiber-optic photoelectronic ultrahigh frequency module RU2670719C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104235A RU2670719C9 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Fiber-optic photoelectronic ultrahigh frequency module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104235A RU2670719C9 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Fiber-optic photoelectronic ultrahigh frequency module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2670719C1 RU2670719C1 (en) 2018-10-24
RU2670719C9 true RU2670719C9 (en) 2018-11-29

Family

ID=63923589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018104235A RU2670719C9 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Fiber-optic photoelectronic ultrahigh frequency module

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2670719C9 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696355C1 (en) * 2018-12-25 2019-08-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Fiber-optical photoelectric converter of laser radiation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5987202A (en) * 1995-01-18 1999-11-16 Robert Bosch Gmbh Arrangement for converting optical signals into electrical signals and method of producing the arrangement
US6132107A (en) * 1996-09-30 2000-10-17 Nec Corporation Light-receiving module and method for fabricating a same
RU19322U1 (en) * 1999-10-15 2001-08-20 Омский государственный технический университет FIBER OPTICAL CONVERTER
US20030235376A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-25 Yoshiki Kuhara Optical receiver and method of manufacturing the same
US20060140644A1 (en) * 2004-12-23 2006-06-29 Paolella Arthur C High performance, high efficiency fiber optic link for analog and RF systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5987202A (en) * 1995-01-18 1999-11-16 Robert Bosch Gmbh Arrangement for converting optical signals into electrical signals and method of producing the arrangement
US6132107A (en) * 1996-09-30 2000-10-17 Nec Corporation Light-receiving module and method for fabricating a same
RU19322U1 (en) * 1999-10-15 2001-08-20 Омский государственный технический университет FIBER OPTICAL CONVERTER
US20030235376A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-25 Yoshiki Kuhara Optical receiver and method of manufacturing the same
US20060140644A1 (en) * 2004-12-23 2006-06-29 Paolella Arthur C High performance, high efficiency fiber optic link for analog and RF systems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US 2004033004 A1, 19.02/2004. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696355C1 (en) * 2018-12-25 2019-08-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Fiber-optical photoelectric converter of laser radiation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2670719C1 (en) 2018-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10381497B2 (en) Electric power transfer system using optical power transfer
US7676124B2 (en) Monolithically integrated optoelectronic subassembly
RU2670719C9 (en) Fiber-optic photoelectronic ultrahigh frequency module
Sun et al. High power integrated photonic W-Band emitter
Xie et al. 1.8 watt RF power and 60% power conversion efficiency based on photodiode flip-chip-bonded on diamond
Ali et al. Millimetre-wave photonic emitter integrating a PIN-PD and planar high gain antenna
Shen et al. High-power V-Band-to-G-Band photonically driven electromagnetic emitters
Zhou et al. High-power waveguide integrated modified uni-traveling-carrier (UTC) photodiode with 5 dBm RF output power at 120 GHz
Yashchyshyn et al. Study of active integrated photonic antenna
Yashchyshyn et al. Technologies and applications of microwave photonic antennas
Tien et al. Device saturation behavior of submillimeter-wave membrane photonic transmitters
RU2675409C1 (en) Photo detective microwave module
Li et al. Waveguide-integrated high-speed and high-power photodiode with> 105 GHz bandwidth
Bouhlal et al. Integration platform for 72-GHz photodiode-based wireless transmitter
Ross et al. Photodiode-integrated UWB phased array antennas
Garufo et al. Pulsed Photoconductive Connected Slot Array Operating at the Sub-mm Wavelength Band
KR20160129541A (en) Photo diode
Sun et al. High-power integrated photodiode-antenna emitter for 100 GHz applications
Chizh et al. Impulse transmitting photonic antenna for ultra-wideband applications
Rymanov et al. Semicircular bow-tie antenna-integrated double waveguide 1.55 µm mushroom photodetectors for cw photonic millimeter wave transmitter modules
Wun et al. THz Photonic Transmitters with Type-II Hybrid Absorber UTC-PDs and Dual-Ridged Horn Antennas for High-Power and Extremely wide Fractional Bandwidth Performances
RU2696355C1 (en) Fiber-optical photoelectric converter of laser radiation
Isaac et al. Efficiency of waveguide uni-traveling-carrier photodiodes for microwave signal generation
Huff et al. Optoelectronic isolator for microwave applications
Lin High power uni-travelling-carrier photodiodes for THz wireless communications

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210520

Effective date: 20210520