Mikrovalna optoelektronika, kao što ime sugerira, je sjecište mikrovalne ioptoelektronika. Mikrovalne pećnice i svjetlosni valovi su elektromagnetski valovi, a frekvencije su mnoge redove veličine različita, a komponente i tehnologije razvijene u njihovim poljima vrlo su različite. U kombinaciji, možemo iskoristiti jedni druge, ali možemo dobiti nove aplikacije i karakteristike koje je teško ostvariti.
Optička komunikacijaje glavni primjer kombinacije mikrovalnih i fotoelektrona. Rana telefonska i telegrafska bežična komunikacija, generacija, širenje i prijem signala, svi su koristili mikrovalne uređaje. Elektromagnetski valovi niske frekvencije koriste se u početku jer je frekvencijski raspon mali, a kapacitet kanala za prijenos mali. Otopina je povećanje frekvencije prenesenog signala, što je viša frekvencija, to je više resursa spektra. Ali signal visoke frekvencije u gubitku širenja zraka je velik, ali također je lako blokiran preprekama. Ako se kabel koristi, gubitak kabela je velik, a prijenos na duge staze je problem. Pojava komunikacije optičkih vlakana dobro je rješenje za ove probleme.Optičko vlaknoIma vrlo nizak gubitak prijenosa i izvrstan je nosač za prijenos signala na velike udaljenosti. Raspon frekvencije svjetlosnih valova mnogo je veći od onog u mikrovalnoj pećnici i može istovremeno prenijeti mnogo različitih kanala. Zbog ovih prednostioptički prijenos, komunikacija optičkih vlakana postala je okosnica današnjeg prijenosa informacija.
Optička komunikacija ima dugu povijest, istraživanje i primjenu vrlo su opsežne i zrele, evo ne znači više. Ovaj rad uglavnom uvodi novi istraživački sadržaj mikrovalne optoelektronike posljednjih godina osim optičke komunikacije. Mikrovalna optoelektronika uglavnom koristi metode i tehnologije u području optoelektronike kao nosača za poboljšanje i postizanje performansi i primjene koje je teško postići tradicionalnim mikrovalnim elektroničkim komponentama. Iz perspektive primjene uglavnom uključuje sljedeća tri aspekta.
Prvo je upotreba optoelektronike za stvaranje mikrovalnih signala s niskim performansama, od XZ-a do THZ pojasa.
Drugo, mikrovalna obrada signala. Uključujući kašnjenje, filtriranje, konverziju frekvencije, primanje i tako dalje.
Treće, prijenos analognih signala.
U ovom članku autor uvodi samo prvi dio, generaciju mikrovalne signala. Tradicionalni mikrovalni milimetarski val uglavnom generiraju III_V mikroelektronske komponente. Njegova ograničenja imaju sljedeće točke: Prvo, na visoke frekvencije poput 100 GHz gore, tradicionalna mikroelektronika može proizvesti sve manje i manje snage, na višu frekvenciju THz signala, ne mogu učiniti ništa. Drugo, kako bi se smanjio fazni šum i poboljšao stabilnost frekvencije, originalni uređaj treba staviti u izuzetno nisku temperaturu. Treće, teško je postići širok raspon pretvorbe frekvencije frekvencije modulacije. Da bi riješio ove probleme, optoelektronska tehnologija može igrati ulogu. Glavne metode opisane su u nastavku.
1. Kroz razliku frekvencije dvaju različitih frekvencijskih laserskih signala, za pretvaranje mikrovalnih signala koristi se visokofrekventni fotodetektor, kao što je prikazano na slici 1.
Slika 1. shematski dijagram mikrovalnih pećnica generirana razlikom frekvencije dvalaseri.
Prednosti ove metode su jednostavna struktura, mogu stvoriti izuzetno visoko frekvencijski milimetarski val, pa čak i thz frekvencijski signal, a podešavanjem frekvencije lasera može izvršiti veliki raspon konverzije brze frekvencije, frekvencija pomicanja. Nedostatak je u tome što je širina širine ili fazne šum signala frekvencije razlike koju generiraju dva nepovezana laserska signala relativno velika, a frekvencijska stabilnost nije visoka, pogotovo ako se koristi poluvodički laser s malim volumenom, ali se koristi velika linija (~ mHz). Ako zahtjevi za volumenom težine sustava nisu visoki, možete koristiti lasere s malim šumom (~ kHz),vlaknasti laseri, vanjska šupljinapoluvodički laseri, itd. Pored toga, dva različita načina laserskih signala generiranih u istoj laserskoj šupljini također se mogu koristiti za generiranje frekvencije razlike, tako da se performanse stabilnosti frekvencije mikrovalne znatno poboljšavaju.
2. Da bi se riješio problem da su dva lasera u prethodnoj metodi nekoherentna, a stvaranje buke signalne faze prevelik, koherencija između dva lasera može se dobiti metodom zaključavanja frekvencije ubrizgavanja ili negativnim krugom zaključavanja faze. Na slici 2 prikazana je tipična primjena zaključavanja ubrizgavanja za stvaranje mikrovalnih višestrukih (Slika 2). Izravno ubrizgavanjem signala visoke frekvencije u poluvodički laser, ili pomoću modulatora LinBO3-faznog modulatora, može se stvoriti više optičkih signala različitih frekvencija s jednakim razmakom frekvencije ili optičke frekvencije. Naravno, najčešće korištena metoda za dobivanje češlja optičke frekvencije širokog spektra je upotreba lasera koji zaključava način rada. Bilo koja dva češljana signala u generiranom češlju optičke frekvencije odabrana su filtriranjem i ubrizgavanjem u laser 1 i 2 kako bi se realizirala frekvencija i fazno zaključavanje. Budući da je faza između različitih češaljnih signala češlja za optičku frekvenciju relativno stabilna, tako da je relativna faza između dva lasera stabilna, a zatim se može dobiti metodom frekvencije razlike, kako je prethodno opisano, može se dobiti višestruka frekvencijska mikrovalna signal optičke frekvencije češljanja.
Slika 2. Shematski dijagram signala udvostručenja frekvencije mikrovalne frekvencije generiran zaključavanjem frekvencije ubrizgavanja.
Drugi način smanjenja relativne fazne buke dvaju lasera je upotreba negativnih povratnih informacija optički PLL, kao što je prikazano na slici 3.
Slika 3. Shematski dijagram OPL -a.
Načelo optičkog PLL -a sličan je onom PLL -a u polju elektronike. Fazna razlika dvaju lasera pretvara se u električni signal pomoću fotodetektora (ekvivalentna faznom detektoru), a zatim se fazna razlika između dva lasera dobiva izradom frekvencije razlike s referentnim izvorom signala mikrovalne pećnice, koja se pojačava i filtrira, a zatim se vraća u jedinicu za kontrolu frekvencije u INSLENCERST -u. Kroz takvu negativnu kontrolnu petlju povratne informacije, relativna frekvencijska faza između dva laserska signala zaključana je na referentni mikrovalni signal. Kombinirani optički signal tada se može prenijeti kroz optička vlakna u fotodetektor negdje drugdje i pretvoriti u mikrovalni signal. Rezultirajući fazni šum mikrovalne signala gotovo je isti kao i referentni signal unutar propusnosti u petlji s negativnim povratnim informacijama u fazi. Fazni buka izvan propusne širine jednaka je relativnoj faznoj buci izvorna dva nepovezana lasera.
Osim toga, referentni izvor mikrovalne signala može se pretvoriti i drugim izvorima signala kroz udvostručenje frekvencije, frekvencije djelića ili druge obrade frekvencije, tako da signal niže frekvencije mikrovalne može biti višestruko ili pretvoren u visokofrekventne RF, THz signale.
U usporedbi s zaključavanjem frekvencije ubrizgavanja može dobiti samo udvostručenje frekvencije, petlje zaključane fazom su fleksibilniji, mogu proizvesti gotovo proizvoljne frekvencije i, naravno, složenije. Na primjer, češalj optičke frekvencije generiran fotoelektričnim modulatorom na slici 2 koristi se kao izvor svjetlosti, a optička petlja zaključana fazama koristi se za selektivno zaključavanje frekvencije dva lasera na dva optička signala češljanja, a zatim generiraju visokofrekventne signale kroz sličnu frekvenciju i F2 i F1 i F1, F1 i F2, kao što je prikazana na slici 4. N*FREP+F1+F2 može se generirati frekvencijom razlike između dva lasera.
Slika 4. Shematski dijagram generiranja proizvoljnih frekvencija pomoću optičkih frekvencijskih čepova i PLLS -a.
3. Upotrijebite impulsni laser koji zaključava način rada za pretvaranje optičkog impulsnog signala u mikrovalni signal krozfotodetektor.
Glavna prednost ove metode je u tome što se može dobiti signal s vrlo dobrom frekvencijskom stabilnošću i vrlo niskom faznom bukom. Zaključavanjem frekvencije lasera na vrlo stabilan atomski i molekularni prijelazni spektar, ili izuzetno stabilnu optičku šupljinu, te uporabu frekvencije frekvencije eliminacije frekvencije samo-dvostrukih frekvencija i drugih tehnologija, možemo dobiti vrlo stabilni optički signal za puls s vrlo stabilnim frekvencijom FOW-a. Slika 5.
Slika 5. Usporedba relativne fazne buke različitih izvora signala.
Međutim, budući da je brzina ponavljanja pulsa obrnuto proporcionalna duljini šupljine lasera, a tradicionalni laser koji je zaključao način rada je velik, teško je izravno dobiti visokofrekventne mikrovalne signale. Osim toga, veličina, težina i potrošnja energije tradicionalnih pulsiranih lasera, kao i oštri zahtjevi za okoliš, ograničavaju njihove uglavnom laboratorijske primjene. Kako bi prevladali ove poteškoće, istraživanje je nedavno započelo u Sjedinjenim Državama i Njemačkoj koristeći nelinearne učinke za stvaranje frekvencijskih optičkih češlja u vrlo malim, visokokvalitetnim optičkim šupljinama CHIRP-a, što zauzvrat generiraju visokofrekventne signale s niskim šumom.
4. Opto elektronički oscilator, Slika 6.
Slika 6. Shematski dijagram fotoelektričnog spojenog oscilatora.
Jedna od tradicionalnih metoda generiranja mikrovalnih pećnica ili lasera je upotreba zatvorene petlje za povratnu vrijednost, sve dok je dobitak u zatvorenoj petlji veći od gubitka, oscilacija samouprave može proizvesti mikrovalne pećnice ili lasere. Što je viši faktor kvalitete Q zatvorene petlje, to je manja generirana faza signala ili frekvencijski šum. Da bi se povećao faktor kvalitete petlje, izravni je način povećanje duljine petlje i minimiziranje gubitka širenja. Međutim, duža petlja obično može podržati stvaranje višestrukih načina oscilacije, a ako se dodnese filtar uske širine, može se dobiti jednofrekventni signal oscilacije s niskom šumom. Fotoelektrično spojeni oscilator je mikrovalni izvor signala na temelju ove ideje, u potpunosti koristi karakteristike niskog gubitka širenja vlakana, koristeći duže vlakno za poboljšanje vrijednosti Q, može proizvesti mikrovalni signal s vrlo niskom faznom bukom. Budući da je metoda predložena 1990 -ih, ova vrsta oscilatora dobila je opsežno istraživanje i značajan razvoj, a trenutno postoje komercijalni fotoelektrični oscilatori. U novije vrijeme razvijeni su fotoelektrični oscilatori čije se frekvencije mogu prilagoditi u širokom rasponu. Glavni problem mikrovalnih izvora signala na temelju ove arhitekture je taj što je petlja dugačka, a buka u njegovom slobodnom protoku (FSR) i njegova dvostruka frekvencija značajno će se povećati. Pored toga, fotoelektrične komponente su više, trošak je visok, volumen je teško smanjiti, a dulje vlakno je osjetljivije na poremećaj okoliša.
Navedeno ukratko uvodi nekoliko metoda stvaranja fotoelektrona mikrovalnih signala, kao i njihove prednosti i nedostatke. Konačno, uporaba fotoelektrona za proizvodnju mikrovalne ima još jednu prednost je da se optički signal može rasporediti kroz optička vlakna s vrlo niskim gubitkom, prijenosom na dugu stanju na svaki terminal za upotrebu, a zatim pretvoren u mikrovalne signale, a mogućnost otpora elektromagnetskih smetnji značajno je poboljšana od tradicionalnih električnih komponenti.
Pisanje ovog članka uglavnom je za referencu, a u kombinaciji s autorovim istraživačkim iskustvom i iskustvom na ovom polju, postoje netočnosti i nerazumljivost, molim vas, shvatite.
Post vremena: siječnja-03-2024