Соглашение №14.575.21.0157

Соглашение о предоставлении субсидии № 14.575.21.0157

 

Тема: «Разработка базовой технологии создания сверхмалошумящих перестраиваемых спин-волновых радиофотонных СВЧ генераторов гигагерцового диапазона частот»

Научный руководитель: Б.А. Калиникос

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «26» сентября 2017 года № 14.575.21.0157  с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №2 в период с 1.01.2018 по 31.12.2018 выполнялись следующие работы: 

  • Теоретическое исследование спектра собственных резонансных частот электромагнитных колебаний в оптических многокольцевых параллельно соединённых резонаторах, изготовленных из одномодового оптоволокна.
  • Теоретическое исследование спектра собственных резонансных частот электромагнитных колебаний в оптических многокольцевых последовательно соединённых резонаторах, изготовленных из одномодового оптоволокна.
  • Разработка алгоритмов численного моделирования характеристик кольцевых резонаторов и радиофотонных генераторов СВЧ сигнала.
  • Разработка математических моделей характеристик кольцевых резонаторов и радиофотонных генераторов СВЧ сигнала
  • Анализ контрольно-измерительного лабораторного оборудования, необходимого для проведения экспериментальных научных исследований при разработке макетов кольцевых резонаторов.
  • Изготовление лабораторного макета кольцевого резонатора на оптоволокне.
  • Разработка стенда для проведения измерений рабочих параметров кольцевых оптоволоконных резонаторов.
  • Лабораторные исследования кольцевых оптоволоконных резонаторов.
  • Закупка измерительного оборудования для измерительного стенда для проведения измерений рабочих параметров оптоволоконого кольцевого резонатора.
  • Закупка комплектующих изделий и расходных материалов для изготовления лабораторного макета оптоволоконого кольцевого резонатора.

 

В результате проведения работы были полностью выполнены все задачи второго этапа проекта, посвященного разработке базовой технологии создания сверхмалошумящих перестраиваемых спин-волновых радиофотонных СВЧ генераторов гигагерцового диапазона частот. В частности: 

Впервые разработаны теории описывающие спектры собственных резонансных частот электромагнитных колебаний в оптических многокольцевых резонаторах. Разработанные теории предполагают использование в качестве основы резонатора длинного оптического волокна. Теории позволяют проанализировать конструкции с параллельным и последовательным включением колец.  Теории являются универсальными, т.е. с их помощью можно описать как многокольцевые конструкции, так и частный случай - однокольцевые.

Основываясь на разработанных теориях был разработан алгоритм численного моделирования характеристик кольцевых резонаторов и радиофотонных генераторов СВЧ сигнала. Алгоритм позволяет провести численное моделирование спектров резонансных мод резонаторов, оценить влияние таких параметров как длина колец и коэффициент деления мощности между кольцами на эффективность подавления боковых гармоник. Помимо этого, в алгоритм включено моделирование дисперсионных характеристик электромагнитно-спиновых волн в феррит-сегнетоэлектрической структуре. Включение такой структуры позволяет реализовать электрическую и магнитную перестройку спектра резонатора. Данный алгоритм был положен в основу математической модели оптоэлектронного резонатора.

При проведенное численного моделирования рабочих характеристик кольцевых резонаторов особое внимание было уделено добротности оптоэлектронных кольцевых резонаторов, поскольку она в значительной степени будет определяет уровень фазовых шумов генератора, основой которого станет резонатор, разработанный на данном этапе ПНИ. Показано, что увеличение длины оптических волокон в резонаторах обеих конфигураций приводит к увеличению добротности. При этом добротность резонатора с параллельным соединением колец уменьшается при добавлении более коротких линий задержки. Отличительной особенностью последовательной конфигурации является увеличение добротности при объединении кольцевых резонаторов.

Базируясь на результатах моделирования был изготовлен лабораторный макет кольцевого резонатора. За основу была взята конфигурация параллельного включения колец. С целью создания макета была проведена закупка комплектующих изделий и расходных материалов. Для проведения экспериментальных исследований были разработаны и собраны стенды для проведения измерений. Экспериментальные исследования подтвердили все теоретически полученные результаты. Были подготовлены акт изготовления лабораторного макета кольцевого резонатора на оптоволокне и комплект документации на стенд для проведения измерений рабочих параметров кольцевых оптоволоконных резонаторов.

Помимо этого, в рамках проекта проведены патентные исследования, посвященные обзору существующих схем построения оптоэлектронных резонаторов, а также выполнено сравнению предложенных в рамках проекта конструкций с ныне существующими.

Таким образом, все задачи плана второго этапа проекта выполнены в полном объеме. Полученные результаты будут использованы на последующих этапах проекта.