CC BY
12W
Электроника СВЧ
УДК 621.382.2.029.64
Ю. И. Алексеев
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Лазерное управление частотой колебаний генератора на диоде Ганна
Обсуждаются результаты эксперимента, подтверждающие возможность изменения частоты автогенератора на диоде Ганна при воздействии излучения инжекцион-ного полупроводникового лазера.
Генератор, бескорпусный диод Ганна, лазер, девиация частоты
Многочисленные публикации по воздействию оптического излучения на параметры СВЧ-генераторов, в частности [1]-[4], направлены в основном на исследование собственно эффекта воздействия без практической оценки возможности использования достигнутых результатов. Кроме того, полученные, например авторами [2], изменения мощности и частоты колебаний исследуемых ими генераторов настолько малы, что выдача каких-либо рекомендаций по применению таких результатов исследований в прикладной радиотехнике становится проблематичной.
Целью настоящей статьи является представление результатов экспериментального исследования воздействия оптического излучения на автогенератор миллиметрового диапазона, выполненный на серийном бескорпусном диоде Ганна типа 3 А744А. Учитывая отсутствие паразитных параметров корпуса диода, от этого генератора следовало ожидать такого изменения частоты генерации, которое может быть практически использовано в технически важных направлениях, подробно изложенных, например, в [1] (со ссылками, к сожалению, преимущественно на зарубежные источники).
Техническое осуществление оптического воздействия на действующий СВЧ-генератор на диоде Ганна значительно усложняет экспериментальную измерительную установку в целом. Структурная схема этой установки приведена на рис. 1. Выходной сигнал генератора на бескорпусном диоде Ганна 1 через аттенюатор 3 поступает либо в измеритель мощности 4, либо в анализатор спектра 5. Оптический сигнал формируется полупроводниковым лазером 7 с встроенной фокусирующей линзой. Для фокусировки излучения лазера непосредственно на кристалле диода Ганна использована дополнительная линза 6. Генератор 1 питается источником 2, а лазер 7 - источником 8.
62 © Ю. И. Алексеев, 2006
Рис. 1
А
Рис. 2
Исследуемый генератор представляет собой короткозамкнутый отрезок волновода сечением 11 х 5.5 мм, по оси широкой стенки которого включен бескорпусный диод Ганна 3А744А. Длина резонатора генератора регулируется короткозамыкающим поршнем. Оптическое излучение вводится в генератор через отверстие, расположенное в боковой стенке волновода.
При проведении эксперимента контролировалась частота генерации, изменявшаяся в зависимости от мощности внешнего оптического сигнала при различных напряжениях
питания диода Ганна. Исследовалось влияние светового воздействия на ортогональные грани кристалла диода. Выходная мощность генератора незначительно изменялась (менее 1%) под воздействием оптического сигнала, что следует отнести к положительному моменту исследований, поскольку в этом случае можно говорить об отсутствии паразитной амплитудной модуляции при осуществлении частотной модуляции выходного сигнала генератора под воздействием лазерного облучения различной интенсивности.
Необходимо подчеркнуть, что для такого рода экспериментов бескорпусный диод Ганна типа 3А744А (рис. 2) наиболее подходит в конструктивном отношении: диод состоит из латунного цилиндрического теплоотводящего основания 1, являющегося одновременно одним из полюсов питания, на котором расположены облучаемый кристалл диода из ОяЛб 2 и диэлектрический изолятор 3, предназначенный для крепления второго токопроводящего контакта. Верхняя часть изолятора 3 соединена с кристаллом диода позолоченной проводящей пластиной 4. Высота кристалла И для упомянутого диода составляет 5.. .7 мкм. Стрелками на рис. 2 обозначены направления световых потоков при облучении кристалла диода Ганна.
Результаты эксперимента представлены на рис. 3, а, б в виде семейств зависимостей девиации частоты генератора /д от мощности воздействующего на диод лазерного излучения Рл, причем зависимости, представленные на рис. 3, а соответствуют случаю подведения оптической мощности по направлению А (рис. 2, кривая 1 - ид = 4.24 В, /г = = 23.805 ГГц, Рг = 20 мВт ; кривая 2 - ид = 5.28 В, /г = 23.891 ГГц, Рг = 23 мВт; кривая 3 - ид = 4.74 В, /г = 23.841 ГГц, Рг = 21 мВт ), а на рис. 3, б - по направлению Б (кривая 1 - ид = 5.73 В, /г = 22.880 ГГц, Рг = 43 мВт; кривая 2 - ид = 4.76 В, /г = 22.675 ГГц, Рг = 39 мВт; кривая 3 - ид = 5.25 В, /г = 22.760 ГГц, Рг = 43 мВт). Длина волны лазерного излучения составила = 630 нм . В обоих случаях воздействия света на кристалл диода Ганна отмечено уменьшение исходной частоты генерации /г. Включение и выключение источника оптического излучения приводили к относительно медленному переходу
fn, кГЦ
f, кГЦ
750 —
500
250 —
200
б
Рис. 3
генератора в новый установившийся режим: вначале фиксировался скачок частоты /г, а затем - ее плавное дальнейшее смещение. Весь процесс перестройки занимал примерно 5-7 с.
Представленные на рис. 3, а зависимости /Д = /(Рл) можно считать линейными,
причем кривые, полученные при напряжениях питания диода Ганна ид 4.24 и 4.74 В, практически совпадают. Аналогичные зависимости на рис. 3, б имеют незначительную нелинейность: с ростом оптической мощности чувствительность А/Д/Рл уменьшается.
Следует особо подчеркнуть, что в описываемом эксперименте получены значительные отклонения частоты генерации при облучении кристалла диода световым потоком (на рис. 3, а /Д достигает 1.4 МГц) при существенно меньшей мощности излучения лазера в
сравнении, например, с рассматриваемой в [3], [4]. Это стало возможным благодаря применению в работе бескорпусного диода Ганна. Полученный значительный диапазон частотной девиации позволяет дать рекомендации по техническому применению представленных в статье результатов: такие управляемые по частоте генераторы могут найти применение в активных антенных решетках и в синхронизированных автогенераторах СВЧ.
В заключение необходимо отметить, что при постановке эксперимента диаметр сфокусированного лазерного луча превышал высоту кристалла диода Ганна, что, безусловно, отразилось на потере мощности светового излучения и снижении эффективности управления параметрами генератора. При дальнейшей локализации излучения на кристалле диода Ганна возможно увеличение частотной девиации.
Библиографический список
1. Андреев В. С., Макаров Н. В. Оптическое управление полупроводниковыми приборами СВЧ // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1995. № 10. С. 17-33.
2. Усанов Д. А., Горбатов С. С., Скрипаль В. А. Влияние ИК-излучения на генерацию диодов Ганна // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1982. Т. XXV, № 10. С. 93-98.
3. Усанов Д. А., Скрипаль В. А. Частотная модуляция диодов Ганна, работающих в режиме генерации, при воздействии на них лазерного излучения // Электроника СВЧ. 1984. Вып. 7(367). С. 27-29.
4. Усанов Д. А., Скрипаль В. А., Абрамов А. В. Оптическое управление полупроводниковыми синхронизированными СВЧ-генераторами, работающими в схеме вычитания сигналов // Изв. вузов. Электроника. 2002. № 5. С. 31-39.
а
Yu. I. Alekseev
Taganrog state university of radio engineering
Control of Gunn oscillator frequency by laser influence
Results of experiment confirming the opportunity of change of Gunn oscillator frequency after influence of lasing is discussed.
Oscillator, unpackaged Gunn diode, laser, frequency deviation
Статья поступила в редакцию 10 марта 2005 г.
