Mikrobangų optoelektronika, kaip rodo pavadinimas, yra mikrobangų krosnelės sankryža irOptoelektronika. Mikrobangos ir šviesos bangos yra elektromagnetinės bangos, o dažniai yra daug skirtingų laipsnių, o jų atitinkamose srityse sukurtos komponentai ir technologijos yra labai skirtingos. Kartu mes galime pasinaudoti vienas kitu, tačiau galime gauti naujų programų ir savybių, kurias sunku suvokti atitinkamai.
Optinis ryšysyra puikus mikrobangų ir fotoelektronų derinio pavyzdys. Ankstyvasis telefono ir telegrafo belaidis ryšys, signalų generavimas, sklidimas ir priėmimas - visi naudojami mikrobangų krosnelės įrenginiai. Iš pradžių naudojamos žemo dažnio elektromagnetinės bangos, nes dažnių diapazonas yra mažas, o kanalo perdavimo pajėgumas yra mažas. Sprendimas yra padidinti perduodamo signalo dažnį, tuo didesnis dažnis, tuo daugiau spektro išteklių. Tačiau aukšto dažnio signalas, kai prarandamas oro plitimas, yra didelis, tačiau taip pat jį lengvai blokuoja kliūtys. Jei naudojamas laidas, laido praradimas yra didelis, o ilgo nuotolio transmisija yra problema. Optinio pluošto komunikacijos atsiradimas yra geras šių problemų sprendimas.Optinis pluoštasturi labai mažai transmisijos nuostolių ir yra puikus nešiklis, skirtas perduoti signalus dideliais atstumais. Šviesos bangų dažnių diapazonas yra daug didesnis nei mikrobangų krosnelių ir gali perduoti daugybę skirtingų kanalų vienu metu. Dėl šių pranašumųOptinė transmisija, optinio pluošto ryšys tapo šiandienos informacijos perdavimo pagrindu.
Optinė komunikacija turi ilgą istoriją, tyrimai ir taikymas yra labai platus ir subrendę, čia nėra pasakyti daugiau. Straipsnyje daugiausia pristatomas naujas mikrobangų optoelektronikos tyrimų turinys pastaraisiais metais, išskyrus optinę komunikaciją. Mikrobangų optoelektronika daugiausia naudoja metodus ir technologijas optoelektronikos srityje kaip nešiklį, kad pagerintų ir pasiektų našumą ir pritaikymą, kurį sunku pasiekti naudojant tradicinius mikrobangų elektroninius komponentus. Taikymo požiūriu, jis daugiausia apima šiuos tris aspektus.
Pirmasis yra optoelektronikos naudojimas norint sukurti aukštos kokybės, mažai triukšmo mikrobangų signalus, nuo X juostos iki THz juostos.
Antra, mikrobangų signalo apdorojimas. Įskaitant vėlavimą, filtravimą, dažnio konvertavimą, priėmimą ir pan.
Trečia, analoginių signalų perdavimas.
Šiame straipsnyje autorius pristato tik pirmąją dalį „Microbange Signal“ generavimo. Tradicinę mikrobangų milimetrų bangą daugiausia sukuria III_V mikroelektroniniai komponentai. Jo apribojimai turi šiuos taškus: pirma, aukštesniems dažniams, tokiems kaip 100 GHz, tradicinė mikroelektronika gali sukelti vis mažiau galios iki aukštesnio dažnio THz signalo, jie nieko negali padaryti. Antra, norint sumažinti fazės triukšmą ir pagerinti dažnio stabilumą, originalų prietaisą reikia dėti į ypač žemos temperatūros aplinką. Trečia, sunku pasiekti platų dažnių moduliacijos dažnio konversiją. Norėdami išspręsti šias problemas, optoelektroninė technologija gali atlikti svarbų vaidmenį. Pagrindiniai metodai aprašyti žemiau.
1. Per dviejų skirtingų dažnio lazerio signalų skirtumą, mikrobangų signalams konvertuoti naudojamas aukšto dažnio fotodetektorius, kaip parodyta 1 paveiksle.
1 paveikslas. Mikrobangų schema, kurią sukuria dviejų skirtumų dažnislazeriai.
Šio metodo pranašumai yra paprasta struktūra, gali generuoti ypač aukšto dažnio milimetrų bangos ir net THz dažnio signalą, o pakoregavus lazerio dažnį, galima atlikti didelį greito dažnio konversijos diapazoną, valymo dažnį. Trūkumas yra tas, kad skirtumo dažnio signalo, kurį sukelia du nesusiję lazerio signalai, linijos plotis arba fazinis triukšmas yra palyginti didelis, o dažnio stabilumas nėra didelis, ypač jei naudojamas puslaidininkių lazeris, turintis nedidelį tūrį, bet didelį linijos plotą (~ MHz). Jei sistemos svorio tūrio reikalavimai nėra dideli, galite naudoti mažo triukšmo (~ kHz) kietojo kūno lazerius,pluošto lazeriai, išorinė ertmėPuslaidininkių lazeriaiir tt. Be to, norint generuoti skirtumą, taip pat gali būti naudojami du skirtingi lazerio signalų, sugeneruotų toje pačioje lazerio ertmėje, režimai, todėl mikrobangų dažnio stabilumo našumas yra žymiai pagerintas.
2. Norint išspręsti problemą, kad abu ankstesnio metodo lazeriai yra nenuoseklūs, o susidaręs signalo fazės triukšmas yra per didelis, suderinamumą tarp dviejų lazerių galima gauti injekcijos dažnio fiksavimo fazės fiksavimo metodu arba neigiamo grįžtamojo ryšio fazės fiksavimo grandine. 2 paveiksle parodytas tipiškas injekcijos fiksavimo pritaikymas, norint generuoti mikrobangų krosneles (2 paveikslas). Tiesiogiai švirkščiant aukšto dažnio srovės signalus į puslaidininkinį lazerį arba naudojant „LinBo3“ fazės moduliatorių, gali būti sugeneruotas kelis skirtingų dažnių optinius signalus, turinčius vienodą dažnio tarpus, arba optinio dažnio šukos. Žinoma, dažniausiai naudojamas metodas plačiam spektro optinio dažnio šukoms gauti yra naudoti režimą užrakintą lazerį. Bet kokie du šukų signalai, susidarantys generuojamoje optinių dažnių šukose, yra parinkti filtruojant ir įpurškiami į 1 ir 2 lazerius, kad būtų galima atitinkamai realizuoti dažnį ir fazių užraktą. Kadangi fazė tarp skirtingų optinio dažnio šukų šukų signalų yra santykinai stabili, todėl santykinė fazė tarp dviejų lazerių yra stabili, o tada skirtingo dažnio metodu, kaip aprašyta anksčiau, galima gauti daugialypį dažnio mikrobangų signalą apie optinio dažnio šukų kartojimo greitį.
2 paveikslas. Mikrobangų dažnio dvigubinančio signalo scheminė schema, sukuriama injekcijos dažnio fiksavimu.
Kitas būdas sumažinti dviejų lazerių santykinį fazės triukšmą yra naudoti neigiamą grįžtamojo ryšio optinį PLL, kaip parodyta 3 paveiksle.
3 paveikslas. OPL schema.
Optinio PLL principas yra panašus į PLL elektronikos srityje. Dviejų lazerių fazių skirtumas fotodetektoriui paverčiamas elektriniu signalu (prilygsta fazės detektoriui), o tada fazių skirtumas tarp dviejų lazerių gaunamas atliekant skirtumą, naudojant atskaitos mikrobangų signalo šaltinį, kuris yra sustiprinamas, o po to - injekcijos metu). Per tokią neigiamą grįžtamojo ryšio valdymo kilpą santykinis dažnio fazė tarp dviejų lazerio signalų yra užrakinta prie etaloninio mikrobangų signalo. Tada kombinuotą optinį signalą per optinius pluoštus galima perduoti į fotodetektorių kitur ir paversti mikrobangų signalu. Gautas mikrobangų signalo fazinis triukšmas yra beveik toks pat kaip etaloninio signalo, esančio fazės užrakintos neigiamos grįžtamojo ryšio kilpos pralaidume, pralaidumo. Fazinis triukšmas, esantis už pralaidumo, yra lygus pirminio dviejų nesusijusių lazerių santykinio fazinio triukšmo.
Be to, etaloninį mikrobangų signalo šaltinį taip pat gali konvertuoti kiti signalo šaltiniai per dažnį padvigubindamas, daliklio dažnį ar kitą dažnio apdorojimą, kad žemesnio dažnio mikrobangų signalas galėtų būti daugiasluoksnis arba paverčiamas aukšto dažnio RF, THz signalais.
Palyginti su injekcijos dažnio fiksavimu, dažnis gali padidinti tik dvigubai, fazės užrakintos kilpos yra lankstesnės, gali sukelti beveik savavališkus dažnius ir, žinoma, sudėtingesnę. For example, the optical frequency comb generated by the photoelectric modulator in Figure 2 is used as the light source, and the optical phase-locked loop is used to selectively lock the frequency of the two lasers to the two optical comb signals, and then generate high-frequency signals through the difference frequency, as shown in Figure 4. f1 and f2 are the reference signal frequencies of the two PLLS respectively, and a microwave signal of N*FREP+F1+F2 gali būti generuojamas pagal skirtumų dažnį tarp dviejų lazerių.
4 paveikslas. Savavališkų dažnių generavimo schema, naudojant optinius dažnių šukos ir PLL.
3. Norėdami konvertuoti optinio impulsų signalą į mikrobangų signalą per mikrobangų signalą, naudokite režimą.fotodetektorius.
Pagrindinis šio metodo pranašumas yra tas, kad galima gauti signalą, turintį labai gerą dažnio stabilumą ir labai mažą fazės triukšmą. Užrakindami lazerio dažnį į labai stabilų atominį ir molekulinį pereinamąjį spektrą arba ypač stabilią optinę ertmę, ir naudodamiesi savaime besikuriančio dažnio pašalinimo sistemos dažnio poslinkiu ir kitomis technologijomis, mes galime gauti labai stabilų optinio impulsų signalą su labai stabiliu pakartojimo dažnio dažniu, nes norint gauti mikrovavų signalą su ultra-low fazės triukšmu. 5 paveikslas.
5 paveikslas. Skirtingų signalo šaltinių santykinio fazinio triukšmo palyginimas.
Tačiau kadangi impulsų pasikartojimo greitis yra atvirkščiai proporcingas lazerio ertmės ilgiui, o tradicinis lazeris yra didelis režimo lazeris, sunku tiesiogiai gauti aukšto dažnio mikrobangų signalus. Be to, tradicinių impulsinių lazerių dydis, svoris ir energijos suvartojimas, taip pat atšiaurūs aplinkosaugos reikalavimai riboja jų daugiausia laboratorinius pritaikymus. Siekiant įveikti šiuos sunkumus, pastaruoju metu buvo pradėta tyrimų JAV ir Vokietijoje, naudojant netiesinius efektus, kad būtų sukurtas stabilios optinės šukos labai mažose, aukštos kokybės čiulbėjimo režimo optinėse ertmėse, kurios savo ruožtu generuoja aukšto dažnio mažo triukšmo mikrobangų krosnelės signalus.
4. OPTO elektroninis osciliatorius, 6 paveikslas.
6 paveikslas. Fotoelektrinio sujungto osciliatoriaus schema.
Vienas iš tradicinių mikrobangų ar lazerių generavimo būdų yra naudoti uždaros kilpos savarankišką atgalinį kilpą, kol uždaros kilpos padidėjimas yra didesnis nei nuostoliai, savaime sukeltas virpestis gali sukelti mikrobangų krosneles ar lazerius. Kuo aukštesnis uždaros kilpos kokybės koeficientas Q, tuo mažesnis sukurta signalo fazė arba dažnio triukšmas. Norint padidinti kilpos kokybės koeficientą, tiesioginis būdas yra padidinti kilpos ilgį ir sumažinti sklidimo nuostolius. Tačiau ilgesnė kilpa paprastai gali palaikyti kelių virpesių režimų generavimą, o jei pridedamas siauros juostos pločio filtras, galima gauti vieno dažnio mažo triukšmo mikrobangų virpesių signalą. Fotoelektrinis sujungtas osciliatorius yra mikrobangų signalo šaltinis, pagrįstas šia idėja. Jis visiškai naudoja mažo pluošto sklidimo nuostolių charakteristikas, naudodamas ilgesnį pluoštą, kad pagerintų kilpos Q vertę, gali sukelti mikrobangų signalą, turintį labai mažą fazės triukšmą. Nuo tada, kai šis metodas buvo pasiūlytas dešimtajame dešimtmetyje, šio tipo osciliatorius gavo išsamius tyrimus ir nemažą vystymąsi, o šiuo metu yra komercinių fotoelektrinių sujungtų generatorių. Visai neseniai buvo sukurti fotoelektriniai osciliatoriai, kurių dažnius galima sureguliuoti plačiame diapazone. Pagrindinė mikrobangų signalo šaltinių problema, pagrįsta šia architektūra, yra ta, kad kilpa yra ilga, o jo laisvojo srauto triukšmas (FSR) ir dvigubas dažnis žymiai padidės. Be to, naudojami fotoelektriniai komponentai yra didesni, išlaidos yra didelės, tūrį sunku sumažinti, o ilgesnis pluoštas yra jautresnis aplinkos sutrikimui.
Aukščiau pateiktame trumpai pristatomi keli fotoelektrono mikrobangų signalų generavimo būdai, taip pat jų pranašumai ir trūkumai. Galiausiai, fotoelektronų naudojimas mikrobangų krosnelei gaminti yra dar vienas pranašumas yra tas, kad optinį signalą galima pasiskirstyti per optinį pluoštą, labai mažu nuostoliu, tolimojo perdavimo kiekvienam naudojimo gnybtui ir po to paverčiamas mikrobangų signalais, o gebėjimas atsispirti elektromagnetiniams trukdžiams yra žymiai patobulintas nei tradiciniai elektroniniai komponentai.
Šio straipsnio rašymas daugiausia yra susijęs su nuoroda ir derinamas su paties autoriaus tyrimų patirtimi ir patirtimi šioje srityje, yra netikslumų ir nesuprato, prašau suprasti.
Pašto laikas: 2012 m. Sausio-03 d