Microwave optoelectronics, kama jina linavyoonyesha, ni makutano ya microwave naOptoelectronics. Microwaves na mawimbi nyepesi ni mawimbi ya umeme, na masafa ni maagizo mengi ya ukubwa tofauti, na vifaa na teknolojia zilizotengenezwa katika nyanja zao ni tofauti sana. Kwa pamoja, tunaweza kuchukua fursa ya kila mmoja, lakini tunaweza kupata matumizi na sifa mpya ambazo ni ngumu kutambua mtawaliwa.
Mawasiliano ya machoni mfano bora wa mchanganyiko wa microwaves na picha. Simu za mapema na mawasiliano ya waya zisizo na waya, kizazi, uenezi na mapokezi ya ishara, vifaa vyote vya microwave vilivyotumika. Mawimbi ya umeme wa masafa ya chini hutumiwa hapo awali kwa sababu masafa ya frequency ni ndogo na uwezo wa kituo cha maambukizi ni ndogo. Suluhisho ni kuongeza frequency ya ishara iliyopitishwa, juu zaidi frequency, rasilimali za wigo zaidi. Lakini ishara ya masafa ya juu katika upotezaji wa uenezaji wa hewa ni kubwa, lakini pia ni rahisi kuzuiwa na vizuizi. Ikiwa cable inatumika, upotezaji wa cable ni kubwa, na maambukizi ya umbali mrefu ni shida. Kuibuka kwa mawasiliano ya nyuzi za macho ni suluhisho nzuri kwa shida hizi.Nyuzi za machoina upotezaji wa chini sana wa maambukizi na ni mtoaji bora wa kusambaza ishara juu ya umbali mrefu. Aina ya masafa ya mawimbi nyepesi ni kubwa zaidi kuliko ile ya microwaves na inaweza kusambaza njia nyingi tofauti wakati huo huo. Kwa sababu ya faida hizi zamaambukizi ya macho, Mawasiliano ya nyuzi ya macho imekuwa uti wa mgongo wa maambukizi ya habari ya leo.
Mawasiliano ya macho yana historia ndefu, utafiti na matumizi ni kubwa sana na kukomaa, hapa sio kusema zaidi. Karatasi hii inaleta hasa yaliyomo katika utafiti mpya wa microwave optoelectronics katika miaka ya hivi karibuni zaidi ya mawasiliano ya macho. Microwave optoelectronics hutumia njia na teknolojia katika uwanja wa optoelectronics kama mtoaji wa kuboresha na kufikia utendaji na matumizi ambayo ni ngumu kufanikiwa na vifaa vya elektroniki vya microwave. Kwa mtazamo wa matumizi, ni pamoja na mambo matatu yafuatayo.
Ya kwanza ni matumizi ya optoelectronics kutoa ishara za juu, za chini-kelele za microwave, kutoka X-bendi njia yote hadi bendi ya THz.
Pili, usindikaji wa ishara ya microwave. Pamoja na kuchelewesha, kuchuja, ubadilishaji wa frequency, kupokea na kadhalika.
Tatu, maambukizi ya ishara za analog.
Katika nakala hii, mwandishi huanzisha sehemu ya kwanza, kizazi cha ishara ya microwave. Wimbi la milimita ya microwave ya jadi hutolewa hasa na vifaa vya III_V microelectronic. Mapungufu yake yana vidokezo vifuatavyo: Kwanza, kwa masafa ya juu kama vile 100GHz hapo juu, microelectronics ya jadi inaweza kutoa nguvu kidogo na kidogo, kwa ishara ya juu ya THz, hawawezi kufanya chochote. Pili, ili kupunguza kelele ya awamu na kuboresha utulivu wa frequency, kifaa cha asili kinahitaji kuwekwa katika mazingira ya joto la chini sana. Tatu, ni ngumu kufikia ubadilishaji wa masafa ya mzunguko wa masafa. Ili kutatua shida hizi, teknolojia ya optoelectronic inaweza kuchukua jukumu. Njia kuu zinaelezewa hapo chini.
1. Kupitia frequency tofauti ya ishara mbili tofauti za laser, picha ya juu-frequency hutumiwa kubadilisha ishara za microwave, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1.
Kielelezo 1. Mchoro wa schematic wa microwaves zinazozalishwa na frequency tofauti ya mbililasers.
Faida za njia hii ni muundo rahisi, inaweza kutoa wimbi la milimita ya kiwango cha juu sana na hata ishara ya frequency ya THz, na kwa kurekebisha mzunguko wa laser inaweza kutekeleza safu kubwa ya ubadilishaji wa masafa ya haraka, frequency ya kufagia. Ubaya ni kwamba mstari wa mstari au kelele ya ishara ya mzunguko wa tofauti inayotokana na ishara mbili za laser ambazo hazijahusiana ni kubwa, na utulivu wa frequency sio juu, haswa ikiwa semiconductor laser iliyo na kiasi kidogo lakini linewidth kubwa (~ MHz) inatumika. Ikiwa mahitaji ya uzito wa mfumo sio juu, unaweza kutumia kelele za chini (~ kHz) lasers za hali ya hali,Lasers za nyuzi, cavity ya njeSemiconductor lasers, nk Kwa kuongezea, njia mbili tofauti za ishara za laser zinazozalishwa katika cavity moja ya laser pia zinaweza kutumiwa kutoa mzunguko wa tofauti, ili utendaji wa utulivu wa mzunguko wa microwave uboreshaji sana.
2. Ili kutatua shida kwamba lasers mbili katika njia ya zamani haziingii na kelele ya sehemu ya ishara inayotokana ni kubwa sana, mshikamano kati ya lasers mbili unaweza kupatikana kwa njia ya kufunga ya kufunga ya awamu ya sindano au mzunguko mbaya wa maoni. Kielelezo cha 2 kinaonyesha matumizi ya kawaida ya kufunga sindano ili kutengeneza microwave kuzidisha (Mchoro 2). Kwa kuingiza moja kwa moja ishara za hali ya juu ya sasa ndani ya laser ya semiconductor, au kwa kutumia moduli ya awamu ya Linbo3, ishara nyingi za macho za masafa tofauti na nafasi sawa za frequency zinaweza kuzalishwa, au mchanganyiko wa frequency ya macho. Kwa kweli, njia inayotumika kawaida kupata mpangilio wa masafa ya macho ya wigo ni kutumia laser iliyofungwa kwa njia. Ishara zozote mbili za kuchana katika mchanganyiko wa frequency ya macho huchaguliwa kwa kuchuja na kuingizwa ndani ya laser 1 na 2 mtawaliwa ili kugundua frequency na kufunga kwa awamu mtawaliwa. Kwa sababu awamu kati ya ishara tofauti za mchanganyiko wa frequency ya macho ni sawa, ili awamu ya jamaa kati ya lasers mbili ni thabiti, na kisha kwa njia ya mzunguko wa tofauti kama ilivyoelezewa hapo awali, ishara ya mara kwa mara ya kiwango cha mara kwa mara cha kiwango cha kurudia cha frequency cha macho kinaweza kupatikana.
Kielelezo 2. Mchoro wa schematic wa ishara ya mara kwa mara ya microwave inayotokana na kufunga kwa frequency ya sindano.
Njia nyingine ya kupunguza kelele ya awamu ya lasers mbili ni kutumia maoni hasi ya macho ya PLL, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3.
Kielelezo 3. Mchoro wa Schematic wa OPL.
Kanuni ya PLL ya macho ni sawa na ile ya PLL katika uwanja wa umeme. Tofauti ya awamu ya lasers mbili hubadilishwa kuwa ishara ya umeme na mpiga picha (sawa na kichungi cha awamu), na kisha tofauti ya awamu kati ya lasers mbili hupatikana kwa kufanya mzunguko wa tofauti na chanzo cha kumbukumbu ya microwave, ambayo imepandishwa na kuchujwa na kisha kulishwa nyuma kwa kitengo cha kudhibiti frequency cha moja ya laser. Kupitia kitanzi hasi cha kudhibiti maoni, sehemu ya masafa ya jamaa kati ya ishara mbili za laser imefungwa kwa ishara ya kumbukumbu ya microwave. Ishara ya pamoja ya macho inaweza kusambazwa kupitia nyuzi za macho kwa picha ya picha mahali pengine na kubadilishwa kuwa ishara ya microwave. Kelele ya awamu inayosababishwa ya ishara ya microwave ni sawa na ile ya ishara ya kumbukumbu ndani ya bandwidth ya kitanzi cha maoni hasi. Kelele ya awamu nje ya bandwidth ni sawa na kelele ya awamu ya jamaa ya lasers mbili za asili ambazo hazijahusiana.
Kwa kuongezea, chanzo cha ishara cha microwave pia kinaweza kubadilishwa na vyanzo vingine vya ishara kupitia frequency mara mbili, frequency ya mgawanyiko, au usindikaji mwingine wa frequency, ili ishara ya chini ya microwave iweze kugawanywa, au kubadilishwa kuwa ishara za kiwango cha juu cha RF, THz.
Ikilinganishwa na kufungwa kwa frequency ya sindano kunaweza tu kupata frequency mara mbili, vitanzi vilivyofungwa kwa sehemu ni rahisi zaidi, inaweza kutoa masafa ya kiholela, na bila shaka ngumu zaidi. Kwa mfano, mchanganyiko wa frequency ya macho inayotokana na modeli ya picha ya picha kwenye Kielelezo 2 hutumiwa kama chanzo cha taa, na kitanzi cha macho kilichofungwa hutumiwa kwa kuchagua frequency ya lasers mbili kwa ishara mbili za macho, na kisha kutoa ishara za kiwango cha juu kupitia frequency mbili za tofauti, kama inavyoonyeshwa kwenye Kielelezo 4. F1 na kumbukumbu za kumbukumbu za mara kwa mara kwa njia ya mara kwa mara ya kumbukumbu ya fremu mbili za kumbukumbu za fremu mbili za kumbukumbu za mara kwa mara kwa njia ya frequens mbili kwa njia ya frequency mbili kwa njia ya frequens mbili frequens frequens mbili frequens frequens mbili frequens frequens mbili frequens frequens mbili frequens frequens frequens mbili frequens frequens frequens mbili frequens frequens frequens mbili frequens frequens frequens mbili fremu. N*Frep+F1+F2 inaweza kuzalishwa na frequency tofauti kati ya lasers mbili.
Kielelezo 4. Mchoro wa schematic wa kutengeneza masafa ya kiholela kwa kutumia mikondo ya frequency ya macho na PLL.
Faida kuu ya njia hii ni kwamba ishara iliyo na utulivu mzuri wa frequency na kelele ya chini sana inaweza kupatikana. Kwa kufunga frequency ya laser kwa wigo wa mpito wa atomiki na ya Masi, au cavity thabiti sana ya macho, na utumiaji wa mabadiliko ya mzunguko wa mzunguko wa mzunguko wa mzunguko na teknolojia zingine, tunaweza kupata ishara ya macho ya macho yenye nguvu na mzunguko wa kurudiwa kwa kiwango cha juu. Kielelezo 5.
Kielelezo 5. Ulinganisho wa kelele ya awamu ya jamaa ya vyanzo tofauti vya ishara.
Walakini, kwa sababu kiwango cha kurudia kwa mapigo ni sawa na urefu wa laser, na laser ya jadi iliyofungwa ni kubwa, ni ngumu kupata ishara za kiwango cha juu cha microwave moja kwa moja. Kwa kuongezea, saizi, uzito na matumizi ya nishati ya lasers za jadi zilizopigwa, pamoja na mahitaji magumu ya mazingira, punguza matumizi yao ya maabara. Ili kuondokana na ugumu huu, utafiti umeanza hivi karibuni nchini Merika na Ujerumani ukitumia athari zisizo za mstari kutoa viboreshaji vya macho vya frequency-frequency katika hali ndogo sana za hali ya juu ya Chirp, ambayo kwa upande hutengeneza ishara za chini-sauti za chini.
4. Opto oscillator ya elektroniki, Kielelezo 6.
Kielelezo 6. Mchoro wa schematic wa picha ya pamoja ya picha.
Njia moja ya jadi ya kutengeneza microwaves au lasers ni kutumia kitanzi kilichofungwa kibinafsi, kwa muda mrefu kama faida katika kitanzi kilichofungwa ni kubwa kuliko upotezaji, oscillation inayojishughulisha inaweza kutoa microwaves au lasers. Kiwango cha juu cha ubora wa q ya kitanzi kilichofungwa, ndogo sehemu ya ishara inayozalishwa au kelele ya frequency. Ili kuongeza sababu ya ubora wa kitanzi, njia ya moja kwa moja ni kuongeza urefu wa kitanzi na kupunguza upotezaji wa uenezi. Walakini, kitanzi kirefu kinaweza kusaidia kizazi cha aina nyingi za oscillation, na ikiwa kichujio nyembamba cha bandwidth kimeongezwa, ishara ya sauti ya chini ya sauti ya chini inaweza kupatikana. Photoelectric pamoja oscillator ni chanzo cha ishara ya microwave kulingana na wazo hili, hufanya matumizi kamili ya sifa za upotezaji wa chini wa nyuzi, kwa kutumia nyuzi ndefu kuboresha thamani ya kitanzi Q, inaweza kutoa ishara ya microwave na kelele ya chini sana. Kwa kuwa njia hiyo ilipendekezwa katika miaka ya 1990, aina hii ya oscillator imepokea utafiti wa kina na maendeleo makubwa, na kwa sasa kuna picha za kibiashara zilizojumuishwa. Hivi majuzi, picha za picha za picha ambazo masafa yao yanaweza kubadilishwa kwa anuwai yametengenezwa. Shida kuu ya vyanzo vya ishara ya microwave kulingana na usanifu huu ni kwamba kitanzi ni ndefu, na kelele katika mtiririko wake wa bure (FSR) na frequency yake mara mbili itaongezeka sana. Kwa kuongezea, vifaa vya picha vinavyotumiwa ni zaidi, gharama ni kubwa, kiasi ni ngumu kupunguza, na nyuzi ndefu ni nyeti zaidi kwa usumbufu wa mazingira.
Hapo hapo juu huanzisha kwa ufupi njia kadhaa za kizazi cha picha za ishara za microwave, pamoja na faida na hasara zao. Mwishowe, utumiaji wa picha za kutengeneza microwave ina faida nyingine ni kwamba ishara ya macho inaweza kusambazwa kupitia nyuzi za macho na upotezaji mdogo sana, maambukizi ya umbali mrefu kwa kila terminal ya matumizi na kisha kubadilishwa kuwa ishara za microwave, na uwezo wa kupinga kuingiliwa kwa umeme huboreshwa sana kuliko vifaa vya jadi vya umeme.
Uandishi wa nakala hii ni kwa kumbukumbu, na pamoja na uzoefu wa utafiti na uzoefu wa mwandishi katika uwanja huu, kuna usahihi na kutokuelewana, tafadhali elewa.
Wakati wa chapisho: Jan-03-2024