Радиофотонные системы зачёт ответы
.docxОпределение радиофотоники: Радиофотоника — это область науки и техники, которая занимается использованием оптических методов для обработки, передачи и детектирования радиочастотных (РЧ) сигналов. Это включает применение фотонных технологий для улучшения характеристик РЧ систем.
Конкурентные преимущества радиофотонных систем:
Высокая пропускная способность: Возможность передачи больших объемов данных.
Низкие потери сигнала: Особенно при передаче на большие расстояния.
Иммунитет к электромагнитным помехам: Оптические системы менее подвержены помехам, чем электрические.
Компактность и легкость: Оптические волокна и компоненты могут быть значительно легче и компактнее традиционных РЧ компонентов.
Основные ограничения радиофотонных систем:
Высокая стоимость: Производство и внедрение радиофотонных компонентов может быть дорогим.
Сложность интеграции: Трудности с интеграцией оптических и электронных компонентов.
Температурная зависимость: Некоторые оптические компоненты чувствительны к температурным изменениям.
Возможна ли генерация оптического излучения без обратной связи? Будет ли оно считаться лазерным?
Да, возможна. Это происходит в случае спонтанной эмиссии света, как в светоизлучающих диодах (LED).
Нет, спонтанная эмиссия не является лазерным излучением. Лазерное излучение характеризуется когерентностью и высокой степенью монохроматичности, что достигается за счет наличия обратной связи в резонаторе.
Основные элементы лазера и их назначение:
Активная среда: Материал, в котором происходит усиление света.
Резонатор: Система зеркал, обеспечивающая обратную связь и усиление света.
Источник накачки: Энергия, необходимая для возбуждения активной среды.
Роль резонатора в разных типах лазеров:
Газовые, твердотельные, жидкостные лазеры: Резонатор служит для создания условий, при которых фотоны многократно отражаются, усиливаясь в активной среде.
Полупроводниковые лазеры: Резонатор часто интегрирован в структуру полупроводника, что делает его конструкцию более компактной и специфической.
Основные элементы лазерных модулей и их назначение:
Лазерный диод: Генерирует лазерное излучение.
Коллимационная оптика: Формирует и направляет лазерный луч.
Теплоотвод: Отводит избыточное тепло, предотвращая перегрев лазера.
Драйвер питания: Обеспечивает стабильное питание лазерного диода.
Определение и примеры фотоприемных устройств:
Фотоприемные устройства преобразуют оптические сигналы в электрические. Примеры: фотодиоды, фототранзисторы, фотомультипликаторы.
Особенности работы фотодиода:
Фотогальванический режим: Работает без внешнего смещения, генерируя напряжение при освещении.
Фотодиодный режим: Работает с обратным смещением, создавая ток пропорционально свету.
Режим пробоя: Превышение обратного напряжения приводит к лавинному умножению носителей.
Ключевые особенности p-i-n и лавинных фотодиодов:
p-i-n фотодиоды: Имеют внутренний слой (i-слой), обеспечивающий высокую скорость и эффективность.
Лавинные фотодиоды (APD): Обладают внутренним усилением за счет лавинного умножения носителей.
Улучшение шумовых характеристик при балансном включении фотодиодов:
Балансное включение позволяет компенсировать шумы и улучшить сигнал/шум, так как шуми происходящие в одном диоде, компенсируются за счет противоположных по фазе сигналов в другом.
Шумы, ограничивающие область низких собственных шумов фотоприемника:
Термошум (джонсоновский), шот-шум (шум дробления), шум темнового тока.
Суть электрооптического эффекта:
Изменение показателя преломления материала под воздействием электрического поля, что позволяет модулировать свет.
Формирование конструктивной и деструктивной интерференции в ММЦ:
Конструктивная интерференция происходит, когда волны складываются в фазе, усиливая друг друга. Деструктивная — когда волны складываются в противофазе, ослабляя друг друга.
Основные рабочие точки ММЦ и особенности спектра при гармоническом модулирующем сигнале:
Рабочие точки зависят от длины волны и модуляции. В каждой точке спектр будет характеризоваться максимальным или минимальным усилением сигнала.
Нестабильность рабочей точки ММЦ:
Связана с температурными изменениями, нестабильностью источника питания, дрейфом параметров материала.
Основные характеристики ММЦ:
Коэффициент усиления, частотная характеристика, фазовая характеристика, коэффициент стоячей волны.
Определение линейной и нелинейной системы:
Линейная система: Система, в которой выходная величина пропорциональна входной.
Нелинейная система: Система, в которой выходная величина не пропорциональна входной и может содержать гармоники.
Физический смысл коэффициентов матрицы S-параметров:
Отражают коэффициенты передачи и отражения сигналов в радиочастотных трактах, описывая поведение компонентов в системе.
Глаз-диаграмма и параметры передачи сигнала:
Графическое представление цифрового сигнала, используемое для оценки качества передачи. Определяет параметры, такие как битовая ошибка, джиттер, высота и ширина глаза.
Пример структурной схемы и принцип работы оптоэлектронного генератора:
Схема включает лазерный источник, модулятор, оптический фильтр и фотодиод. Принцип работы основан на генерации и стабилизации частоты за счет оптической обратной связи.
Пример структурной схемы и принцип работы радиофотонного измерителя частот сигнала:
Включает лазер, модулятор, оптический фильтр и фотодетектор. Частота измеряется по интерференционным картинам и оптическим спектрам.
Пример структурной схемы и принцип работы радиофотонного фазовращателя:
Включает лазерный источник, модулятор фаз, оптический волновод и детектор. Принцип работы основан на изменении фазы оптического сигнала под воздействием электрического поля.
Основные особенности платформы ФИС «кремний на изоляторе»:
Высокая степень интеграции, низкие потери, совместимость с существующими CMOS технологиями, хорошие термические свойства.
Основные особенности платформы ФИС «нитрид кремния»:
Высокая стабильность, низкие оптические потери, возможность работы в широком спектральном диапазоне.
Основные особенности платформы ФИС «фосфид индия»:
Высокая эффективность излучения, возможность работы в инфракрасной области, хорошая электронная и фотонная производительность.