Корректное измерение ОАЧХ — критически важная процедура в оптоэлектронных системах, от которой напрямую зависит качество передачи данных по волоконно-оптическим линиям. Фотодетектор обрабатывает разные частотные компоненты сигнала неравномерно. Любые искажения этой характеристики приводят к межсимвольной интерференции и ошибкам при приеме информации, особенно на высоких скоростях связи. Кроме того, мониторинг ОАЧХ позволяет оценить влияние внешних факторов — температуры, вибрации или колебаний мощности входного излучения — на стабильность работы устройства в условиях эксплуатации.

На этапе разработки новых компонентов такие измерения помогают проверить, как конструкция и материалы влияют на частотный отклик, что дает возможность оптимизировать параметры прибора для достижения максимальной чувствительности и скорости реакции.

В современной метрологии систем оптоволоконной и радиофотонной связи уже существуют решения для подобных задач. Одно из них — схема с использованием одного калиброванного амплитудного модулятора Маха-Цендера [Photonic scheme for broadband frequency response measurement of PDs, Mingqi Jiao et al., 2022]. Однако существующие подходы требуют применения дорогостоящего анализатора электрического спектра, а их точность может снижаться из-за влияния высших гармоник модуляции и поляризационных искажений.

Разработанное казанскими учеными техническое решение направлено на повышение точности измерений, двукратное расширение диапазона по частоте и существенное снижение стоимости аппаратуры за счет полного исключения анализатора спектра из схемы. В основе изобретения лежит формирование зондирующего оптического сигнала с подавленной несущей в амплитудном модуляторе Маха-Цендера, работающем в нулевой рабочей точке (метод Ильина-Морозова).

Принцип работы нового устройства выглядит следующим образом:

• Лазерное излучение поступает на модулятор, режим которого стабилизируется контроллером рабочей точки.
• На радиочастотный вход подается модулирующий сигнал от генератора сканирующего сверхвысокочастотного колебания. Его мощность подбирается для получения требуемого аргумента функции Бесселя первого рода.
• Сформированный сигнал проходит через поляризатор, который отсекает «паразитные» составляющие несущей частоты и четных порядков. Это минимизирует межполяризационные искажения и повышает достоверность результатов.
• В тестируемом широкополосном фотоприемнике оптические боковые полосы преобразуются в электрические биения, амплитуда которых несет информацию о его частотной характеристике.
• Микрокомпьютер регистрирует выходной сигнал и вычисляет относительную АЧХ относительно опорного уровня. Использование нескольких значений аргумента модуляции позволяет получать сразу несколько информативных точек характеристики, сокращая общее время эксперимента.

«Устройство является недорогостоящим за счет исключения из схемы анализатора электрического спектра и использования генератора, сканирующего сверхвысокочастотный сигнал с меньшим диапазоном сканирования, а следовательно, и с меньшей стоимостью при полном покрытии полосы частот тестируемого фотодетектора, — поясняет доцент кафедры конструирования и технологии производства электронных средств (КиТПЭС) КНИТУ-КАИ Владислав Соколов. — Таким образом технический результат заключается в повышении точности, увеличении быстродействия и расширении диапазона измерений широкополосных фотоприемников».

Работа проводилась в рамках исследований Казанской школы радиофотоники под руководством заслуженного работника высшей школы Республики Татарстан, профессора, доктора технических наук Олега Морозова. Разработка открывает новые возможности для тестирования отечественной компонентной базы высокоскоростных систем связи и сенсорики.