Mikrohullámú optoelektronika, amint a neve is sugallja, a mikrohullámú ésoptoelektronika- A mikrohullámúak és a fényhullámok elektromágneses hullámok, és a frekvenciák sok nagyságrenddel különböznek egymástól, és a saját területükön kifejlesztett alkatrészek és technológiák nagyon különböznek egymástól. Kombinációban kihasználhatjuk egymást, de új alkalmazásokat és jellemzőket kaphatunk, amelyeket nehéz megvalósítani.
Optikai kommunikációkiváló példa a mikrohullámú és fotoelektronok kombinációjára. Korai telefon- és távíró vezeték nélküli kommunikáció, a jelek generációja, terjedése és fogadása, mind használt mikrohullámú eszközök. Az alacsony frekvenciájú elektromágneses hullámokat kezdetben azért használják, mert a frekvenciatartomány kicsi, és a csatorna kapacitása kicsi. A megoldás az átadó jel frekvenciájának növelése, annál nagyobb a frekvencia, annál több spektrumforrás. De a levegő terjedési veszteségében a magas frekvenciájú jel nagy, de az akadályok is könnyen blokkolhatók. Ha a kábelt használják, akkor a kábel elvesztése nagy, és a távolsági sebességváltó problémát jelent. Az optikai szálkommunikáció megjelenése jó megoldás ezekre a problémákra.Optikai szálNagyon alacsony a sebességváltó vesztesége, és kiváló hordozó a jelek továbbításához nagy távolságokon. A fényhullámok frekvenciatartománya sokkal nagyobb, mint a mikrohullámoké, és sokféle csatornát képes egyszerre továbbítani. Ezeknek az előnyeinek köszönhetőenoptikai sebességváltó, az optikai szálas kommunikáció a mai információátvitel gerincévé vált.
Az optikai kommunikációnak hosszú története van, a kutatás és az alkalmazás nagyon kiterjedt és érett, itt nem mondhatunk többet. Ez a cikk elsősorban a mikrohullámú optoelektronika új kutatási tartalmát mutatja be az elmúlt években, az optikai kommunikáció kivételével. A mikrohullámú optoelektronika elsősorban az optoelektronika területén alkalmazott módszereket és technológiákat használja a hordozóként annak érdekében, hogy javítsa és elérje azokat a teljesítményt és alkalmazást, amelyeket a hagyományos mikrohullámú elektronikus alkatrészekkel nehéz elérni. Az alkalmazás szempontjából elsősorban a következő három szempontot tartalmazza.
Az első az optoelektronika használata nagy teljesítményű, alacsony zajú mikrohullámú jelek előállításához, az X-bandtól egészen a THZ sávig.
Másodszor, mikrohullámú jelfeldolgozás. Beleértve a késleltetést, a szűrést, a frekvencia -átalakítást, a fogadást és így tovább.
Harmadszor, az analóg jelek átvitele.
Ebben a cikkben a szerző csak az első részt, a mikrohullámú jel előállítását mutatja be. A hagyományos mikrohullámú milliméteres hullámot főként III_V mikroelektronikus komponensek generálják. Korlátozásainak a következő pontok vannak: Először is, a magas frekvenciákhoz, például a fenti 100 GHz -ig, a hagyományos mikroelektronika egyre kevesebb energiát termelhet, a magasabb frekvenciájú THz -jelhez, nem tehetnek semmit. Másodszor, a fáziszaj csökkentése és a frekvencia stabilitásának javítása érdekében az eredeti eszközt rendkívül alacsony hőmérsékleti környezetbe kell helyezni. Harmadszor, nehéz elérni a frekvenciamodulációs frekvenciakonverzió széles tartományát. E problémák megoldása érdekében az optoelektronikus technológia szerepet játszhat. A fő módszereket az alábbiakban ismertetjük.
1. Két különböző frekvenciájú lézerjel különbség-frekvenciáján keresztül egy magas frekvenciájú fotodetektort használunk a mikrohullámú jelek konvertálására, az 1. ábra szerint.
1. ábra.lézer.
Ennek a módszernek az előnyei az egyszerű szerkezet, rendkívül magas frekvenciájú milliméteres hullámot és akár THz frekvenciatáblát generálhat, és a lézer frekvenciájának beállításával a gyors frekvenciavonás, a söpörés frekvenciájának nagy tartományát képes végrehajtani. A hátrány az, hogy a két, független lézerjel által generált különbség -frekvenciasziget vonalszélessége vagy fázizája viszonylag nagy, és a frekvencia stabilitása nem magas, főleg ha egy félvezető lézer, de nagy vonalszélességet (~ MHz) használunk. Ha a rendszer súlymennyiség-követelményei nem magas, akkor alacsony zajt (~ kHz) szilárdtest lézereket használhat,szálas lézerek, külső üregfélvezető lézerekstb. Ezenkívül két különböző lézerjel -módot lehet létrehozni ugyanabban a lézerüregben is, hogy a különbség -frekvenciát előállítsák, így a mikrohullámú frekvencia stabilitási teljesítménye jelentősen javul.
2. Annak érdekében, hogy megoldjuk azt a problémát, hogy az előző módszer két lézere nem koherens, és a jelzési zaj zaj túl nagy, a két lézer közötti koherencia az injekciós frekvencia reteszelési fázis zárolási módszerével vagy a negatív visszacsatolási fázis zárolási áramkörével érhető el. A 2. ábra az injekciós reteszelés tipikus alkalmazását mutatja a mikrohullámú többszörösek előállításához (2. ábra). A nagyfrekvenciás áramjelek közvetlen befecskendezésével egy félvezető lézerbe vagy Linbo3-fázisú modulátor használatával több, azonos frekvenciatávolságú frekvenciájú optikai jelek generálhatók, vagy optikai frekvenciavezetéseket lehet előállítani. Természetesen a széles spektrumú optikai frekvenciásfésű előállításának általánosan használt módszer egy üzemmódban lezárt lézer használata. A generált optikai frekvenciás fésű két fésű jelét szűréssel választjuk ki, és az 1. és a 2. lézerbe injektáljuk a frekvencia és a fáziszár elérése érdekében. Mivel az optikai frekvenciás fésű különböző fésű jelei közötti fázis viszonylag stabil, így a két lézer közötti relatív fázis stabil, majd az előzőek szerint a különbség-frekvenciájú módszerrel, az optikai frekvencia fésű ismétlési sebesség többszeres frekvencia mikrohullámú jele.
2. ábra.
A két lézer relatív fáziszajának csökkentésének másik módja a negatív visszacsatolás optikai PLL használata, amint azt a 3. ábra mutatja.
3. ábra. Az OPL.
Az optikai PLL elve hasonló a PLL -hez az elektronika területén. A két lézer fáziskülönbségét fotodetektorral (egy fázisdetektorral egyenértékű) elektromos jelké alakítják, majd a két lézer közötti fáziskülönbséget úgy kapjuk meg, hogy különbség -frekvenciát készítünk egy referencia mikrohullámú jelforrással, amelyet amplifikálunk és szűrnek, majd visszajuttatjuk az egyik lézer frekvenciavezérlő egységéhez (félvezető lézerekhez, az injekciós áram). Egy ilyen negatív visszacsatolás -vezérlő hurkon keresztül a két lézerjel közötti relatív frekvenciaszemű a referencia mikrohullámú jelhez van zárva. A kombinált optikai jel ezután az optikai szálakon keresztül továbbítható másutt fotodetektorba, és mikrohullámú jelré alakítható. A mikrohullámú jel ebből következő fázizaja szinte megegyezik a referenciajelével, a fázisban zárolt negatív visszacsatolási hurok sávszélességében. A sávszélességen kívüli fázzaj megegyezik az eredeti két független lézer relatív fázisával.
Ezenkívül a referencia mikrohullámú jelforrást más jelforrások is konvertálhatják a frekvencia-megduplázódás, az osztó frekvencia vagy más frekvenciafeldolgozás révén, így az alacsonyabb frekvenciájú mikrohullámú jel multiduplázható, vagy nagyfrekvenciás RF, THZ jelekké konvertálható.
Az injekciós frekvencia-reteszeléshez képest csak a frekvencia megduplázódását eredményezheti, a fázisban zárott hurkok rugalmasabbak, szinte önkényes frekvenciákat eredményezhetnek, és természetesen összetettebbek. Például, a 2. ábrán a fotoelektromos modulátor által generált optikai frekvenciavezetéket használják fényforrásként, és az optikai fázis-zárolt hurkot a két lézer frekvenciájának szelektív rögzítésére használjuk a két optikai fésű jelhez, majd a két PLL-jelző jelzésen keresztül nagy frekvenciájú jeleket generálnak, és a kettős PLLS jelzés, és a MICRUVE KAMIKAI KAPAI JELEVÉTELEI. N*FREP+F1+F2 a két lézer közötti különbség frekvenciájával generálható.
4. ábra. Az tetszőleges frekvenciák előállításának vázlatos diagramja optikai frekvenciás fésűkkel és PLL -ekkel.
3.fotodetektor.
Ennek a módszernek a fő előnye, hogy egy nagyon jó frekvenciakötési és nagyon alacsony fázizajjű jelet lehet elérni. A lézer frekvenciájának egy nagyon stabil atom- és molekuláris átmeneti spektrumhoz, vagy egy rendkívül stabil optikai üreghez, valamint az ön-kétszeres frekvencia-eliminációs rendszer frekvenciaváltásának és más technológiák használatának használatával, nagyon stabil optikai impulzusjelet kaphatunk, amely nagyon stabil ismétlődés frekvenciájú, ultra-kemény fázisú zajjal. 5. ábra.
5. ábra. A különböző jelforrások relatív fázizajának összehasonlítása.
Mivel azonban az impulzus ismétlési sebessége fordítottan arányos a lézer üreghosszával, és a hagyományos üzemmódban zárolt lézer nagy, nehéz közvetlenül elérni a nagyfrekvenciás mikrohullámú jeleket. Ezenkívül a hagyományos impulzusos lézerek mérete, súlya és energiafogyasztása, valamint a kemény környezeti követelmények korlátozzák elsősorban laboratóriumi alkalmazásaikat. E nehézségek leküzdése érdekében a kutatás nemrégiben megkezdődött az Egyesült Államokban és Németországban, nemlineáris hatások felhasználásával, hogy frekvencia-stabil optikai fésűt generáljanak nagyon kicsi, magas színvonalú Chirp módban, amely viszont nagyfrekvenciás alacsony zajú mikrohullámú jeleket generál.
4. OPTO elektronikus oszcillátor, 6. ábra.
6. ábra. A fotoelektromos kapcsolt oszcillátor vázlatos diagramja.
A mikrohullámú vagy lézerek előállításának egyik hagyományos módszere az öncsatlakozás zárt hurok használata, mindaddig, amíg a zárt hurok nyeresége nagyobb, mint a veszteség, az önmagában elhelyezett oszcilláció mikrohullámú vagy lézereket eredményezhet. Minél magasabb a q minőségi faktor a zárt hurok, annál kisebb a generált jelfázis vagy a frekvenciaj. A hurok minőségi tényezőjének növelése érdekében a közvetlen módszer a hurok hosszának növelése és a terjedési veszteség minimalizálása. A hosszabb hurok azonban általában támogathatja a többszörös oszcillációs módok kialakulását, és ha keskeny sávszélesség-szűrőt adunk hozzá, akkor egyfrekvenciás alacsony zajszintű mikrohullámú oszcillációs jel kapható. A fotoelektromos kapcsolt oszcillátor egy mikrohullámú jelforrás, amely ezen ötleten alapul, teljes mértékben kihasználja a rost alacsony terjedési veszteség -tulajdonságait, hosszabb rost felhasználásával a hurok Q értékének javításához, nagyon alacsony fázisú zajjal rendelkező mikrohullámú jelet eredményezhet. Mivel a módszert az 1990 -es években javasolták, az ilyen típusú oszcillátor kiterjedt kutatást és jelentős fejlesztést kapott, és jelenleg vannak kereskedelmi fotoelektromos kapcsolt oszcillátorok. A közelmúltban a fotoelektromos oszcillátorokat fejlesztették ki, amelyek frekvenciáit széles körben beállíthatják. A mikrohullámú jelforrások ezen architektúrán alapuló fő problémája az, hogy a hurok hosszú, és a zaj a szabad áramlásában (FSR) és a kettős frekvenciája jelentősen megemelkedik. Ezenkívül a felhasznált fotoelektromos alkatrészek többek, a költségek magas, a mennyiséget nehéz csökkenteni, és a hosszabb rost érzékenyebb a környezeti zavarokra.
A fentiek röviden bevezetik a fotoelektron mikrohullámú jelek, valamint azok előnyeinek és hátrányainak számos módszerét. Végül, a fotoelektronok mikrohullámú sütő előállításához történő felhasználása más előnye, hogy az optikai jel az optikai roston keresztül oszlik el, nagyon alacsony veszteséggel, a távolsági átvitel minden egyes terminálra, majd mikrohullámú jelekké alakítható, és az elektromágneses interferencia elleni küzdelem képessége jelentősen javul, mint a hagyományos elektronikus alkatrészeknél.
A cikk írása elsősorban referenciaként szolgál, és a szerző saját kutatási tapasztalatával és ezen a területen tapasztalataival kombinálva, vannak pontatlanságok és érthetetlenség, kérjük, értse meg.
A postai idő: január-03-2024