Application of microwave photonics in fiber optical sensors

Microwave photonics is a new scientific and technical area of research, which was formed as a result of intensive development of such fields as fiber, integrated and nonlinear optics, laser physics, optoelectronics and microelectronics. A positive trend in the field of microwave photonic devices development has appeared in recent decades. The trend is related to the fact that these devices can operate in ultra-high and super-high frequencies and microwave ranges, and have parameters, which are unattainable by conventional electronic devices. Technical characteristics of microwave photonic measuring systems are comparable with those of traditional fiber-optic sensors. This technology can be used both for creation of new measuring devices and improvement of existing other types of measuring systems. This paper presents an analytical review of microwave photonics application technologies in fiber-optic measuring instruments. The general design concept for microwave photonic fiber-optic measuring devices is considered in the first part of the review paper. Microwave photonic filters are presented, which are the key elements of microwave photonic fiber-optic measuring devices. Their design technologies are described with indication of the features, advantages and disadvantages. Methods for creation of microwave photonic finite impulse response filters with positive and negative coefficients are considered. The following sections are devoted directly to the analysis of microwave photonic fiber-optic measuring devices and contain classification of such devices according to their principle of operation. The classification of spectral and interferometric microwave photonic fiber-optic measuring devices with indication of their distinctive features is proposed. Experimental data of the most common sensors is presented and analyzed; the main characteristics and areas of their practical application are presented for each of them. New approaches and methods are considered for creation of microwave photonic measuring systems and improvement of tactical and technical characteristics of existing devices. Comparison between microwave photonic fiber-optic measuring devices and traditional fiber-optic measuring systems is performed. According to comparison results, conclusions can be drawn about applicability of microwave photonic fiber-optic measuring devices and advantages of their use compared to other fiber-optic sensors.Радиофотоника является новым научно-техническим направлением, которое образовалось в результате интен-сивного развития таких областей, как волоконная, интегральная и нелинейная оптика, лазерная физика, опто- и микроэлектроника. В последние десятилетия наблюдается положительная динамика по созданию радиофотонных устройств, эта тенденция связана с возможностью создавать устройства ультравысоких и сверхвысоких частот с параметрами, недостижимыми обычными электронными устройствами. Характеристики радиофотонных измери-тельных систем сопоставимы с характеристиками традиционных волоконно-оптических датчиков, данная техно-логия может быть использована как для создания новых измерительных приборов, так и для усовершенствования уже существующих измерительных систем других типов. В работе представлен аналитический обзор способов применения радиофотонных технологий в волоконно-оптических измерительных приборах. В первой части обзорной статьи рассмотрен общий принцип построения радиофотонных волоконно-оптических измерительных приборов. Представлены ключевые элементы подобного рода систем — радиофотонные фильтры. Описаны тех-нологии их построения с указанием особенностей, преимуществ и недостатков. Рассмотрены способы создания радиофотонных фильтров с конечной импульсной характеристикой с положительными и отрицательными коэф-фициентами. Последующие разделы посвящены непосредственно анализу радиофотонных волоконно-оптиче-ских измерительных приборов и содержат классификацию таких устройств по их принципу работы. Предложена классификация спектральных и интерферометрических радиофотонных волоконно-оптических измерительных приборов с указанием их отличительных признаков. Представлены и проанализированы экспериментальные данные, основные характеристики и области практического применения наиболее распространенных датчи-ков. Рассмотрены новые подходы и методы по созданию радиофотонных измерительных систем и улучшению тактико-технических характеристик существующих приборов. Приведено сопоставление характеристик радио- фотонных волоконно-оптических измерительных приборов и традиционных волоконно-оптических датчиков, по результатам которого можно сделать вывод о применимости современного типа измерительных приборов, а также о преимуществах их использования по сравнению с другими волоконно-оптическими датчиками