Vifaa vya microwave optoelectronics, kama jina linavyopendekeza, ni makutano ya microwave naoptoelectronicsMaikrowevi na mawimbi ya mwanga ni mawimbi ya sumakuumeme, na masafa ni tofauti sana, na vipengele na teknolojia zilizotengenezwa katika nyanja zao husika ni tofauti sana. Kwa pamoja, tunaweza kufaidika, lakini tunaweza kupata matumizi na sifa mpya ambazo ni vigumu kuzitambua mtawalia.
Mawasiliano ya machoni mfano mkuu wa mchanganyiko wa maikrowevu na elektroni za picha. Mawasiliano ya awali ya simu na telegrafu yasiyotumia waya, uzalishaji, uenezaji na upokeaji wa ishara, vifaa vyote vya maikrowevu vilivyotumika. Mawimbi ya sumakuumeme ya masafa ya chini hutumika mwanzoni kwa sababu masafa ya masafa ni madogo na uwezo wa njia ya upitishaji ni mdogo. Suluhisho ni kuongeza masafa ya ishara inayosambazwa, masafa ya juu, rasilimali za wigo zaidi. Lakini ishara ya masafa ya juu katika uenezaji wa hewa ni kubwa, lakini pia ni rahisi kuzuiwa na vikwazo. Ikiwa kebo itatumika, upotevu wa kebo ni mkubwa, na upitishaji wa masafa marefu ni tatizo. Kuibuka kwa mawasiliano ya nyuzi za macho ni suluhisho zuri kwa matatizo haya.Nyuzinyuzi za machoIna hasara ndogo sana ya upitishaji na ni kibebaji bora cha kusambaza ishara kwa umbali mrefu. Masafa ya mawimbi ya mwanga ni makubwa zaidi kuliko yale ya maikrowevi na yanaweza kusambaza njia nyingi tofauti kwa wakati mmoja. Kwa sababu ya faida hizi zamaambukizi ya macho, mawasiliano ya nyuzi za macho yamekuwa uti wa mgongo wa uwasilishaji wa taarifa wa leo.
Mawasiliano ya macho yana historia ndefu, utafiti na matumizi ni makubwa sana na yamekomaa, hii si kusema zaidi. Karatasi hii inaleta kimsingi maudhui mapya ya utafiti wa optoelectronics za microwave katika miaka ya hivi karibuni zaidi ya mawasiliano ya macho. Optoelectronics za microwave hutumia zaidi mbinu na teknolojia katika uwanja wa optoelectronics kama kibebaji ili kuboresha na kufikia utendaji na matumizi ambayo ni vigumu kufikia kwa kutumia vipengele vya kielektroniki vya microwave vya jadi. Kwa mtazamo wa matumizi, inajumuisha hasa vipengele vitatu vifuatavyo.
Ya kwanza ni matumizi ya vifaa vya elektroniki vya optoelectronics kutoa mawimbi ya microwave yenye utendaji wa juu na kelele kidogo, kutoka bendi ya X hadi bendi ya THz.
Pili, usindikaji wa mawimbi ya microwave. Ikiwa ni pamoja na kuchelewa, kuchuja, ubadilishaji wa masafa, kupokea na kadhalika.
Tatu, uwasilishaji wa ishara za analogi.
Katika makala haya, mwandishi anaanzisha sehemu ya kwanza tu, uzalishaji wa ishara ya microwave. Wimbi la milimita ya microwave ya kitamaduni huzalishwa zaidi na vipengele vya microelectronic vya iii_V. Mapungufu yake yana mambo yafuatayo: Kwanza, kwa masafa ya juu kama vile 100GHz hapo juu, microelectronics za jadi zinaweza kutoa nguvu kidogo na kidogo, kwa ishara ya THz ya masafa ya juu, haziwezi kufanya chochote. Pili, ili kupunguza kelele ya awamu na kuboresha utulivu wa masafa, kifaa cha asili kinahitaji kuwekwa katika mazingira ya halijoto ya chini sana. Tatu, ni vigumu kufikia aina mbalimbali za ubadilishaji wa masafa ya moduli ya masafa. Ili kutatua matatizo haya, teknolojia ya optoelectronic inaweza kuchukua jukumu. Njia kuu zimeelezwa hapa chini.
1. Kupitia masafa tofauti ya ishara mbili tofauti za leza za masafa, kigunduzi cha picha cha masafa ya juu hutumika kubadilisha ishara za microwave, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1.
Mchoro 1. Mchoro wa kimfumo wa maikrowevi yanayotokana na masafa ya tofauti ya mbilileza.
Faida za njia hii ni muundo rahisi, inaweza kutoa mawimbi ya milimita yenye masafa ya juu sana na hata ishara ya masafa ya THz, na kwa kurekebisha masafa ya leza inaweza kutekeleza aina kubwa ya ubadilishaji wa masafa ya haraka, masafa ya kufagia. Ubaya ni kwamba upana wa mstari au kelele ya awamu ya ishara ya masafa ya tofauti inayotokana na ishara mbili zisizohusiana za leza ni kubwa kiasi, na utulivu wa masafa si wa juu, haswa ikiwa leza ya semiconductor yenye ujazo mdogo lakini upana wa mstari mkubwa (~MHz) inatumika. Ikiwa mahitaji ya ujazo wa uzito wa mfumo si ya juu, unaweza kutumia leza za hali-ngumu zenye kelele ya chini (~kHz),leza za nyuzi, uwazi wa njeleza za nusu nusu, n.k. Kwa kuongezea, aina mbili tofauti za mawimbi ya leza yanayozalishwa katika uwazi mmoja wa leza pia yanaweza kutumika kutoa masafa ya tofauti, ili utendaji wa uthabiti wa masafa ya microwave uboreshwe sana.
2. Ili kutatua tatizo kwamba leza mbili katika njia iliyopita haziendani na kelele ya awamu ya ishara inayozalishwa ni kubwa sana, mshikamano kati ya leza mbili unaweza kupatikana kwa njia ya kufunga awamu ya kufunga mzunguko wa sindano au saketi ya kufunga awamu ya maoni hasi. Mchoro 2 unaonyesha matumizi ya kawaida ya kufunga sindano ili kutoa vizidishi vya microwave (Mchoro 2). Kwa kuingiza moja kwa moja ishara za mkondo wa masafa ya juu kwenye leza ya semiconductor, au kwa kutumia modulator ya awamu ya LinBO3, ishara nyingi za macho za masafa tofauti zenye nafasi sawa za masafa zinaweza kuzalishwa, au vichanga vya masafa ya macho. Bila shaka, njia inayotumika sana kupata kichanga cha masafa ya macho cha wigo mpana ni kutumia leza iliyofungwa kwa hali. Ishara zozote mbili za kichanga katika kichanga cha masafa ya macho kinachozalishwa huchaguliwa kwa kuchuja na kuingiza kwenye leza 1 na 2 mtawalia ili kutambua kufunga kwa masafa na awamu mtawalia. Kwa sababu awamu kati ya ishara tofauti za kichanga cha kichanga cha masafa ya macho ni thabiti kiasi, ili awamu ya jamaa kati ya leza mbili iwe thabiti, na kisha kwa njia ya masafa ya tofauti kama ilivyoelezwa hapo awali, ishara ya microwave ya masafa mengi ya kiwango cha kurudia cha kichanga cha masafa ya macho inaweza kupatikana.
Mchoro 2. Mchoro wa kimfumo wa ishara ya kuongezeka maradufu kwa masafa ya microwave inayotokana na kufunga masafa ya sindano.
Njia nyingine ya kupunguza kelele ya awamu ya jamaa ya leza hizo mbili ni kutumia PLL ya macho ya maoni hasi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3.
Mchoro 3. Mchoro wa kimfumo wa OPL.
Kanuni ya PLL ya macho ni sawa na ile ya PLL katika uwanja wa vifaa vya elektroniki. Tofauti ya awamu ya leza mbili hubadilishwa kuwa ishara ya umeme na kigunduzi cha picha (sawa na kigunduzi cha awamu), na kisha tofauti ya awamu kati ya leza mbili hupatikana kwa kufanya masafa ya tofauti na chanzo cha ishara ya mawimbi ya microwave ya marejeleo, ambayo hupanuliwa na kuchujwa na kisha kurudishwa kwenye kitengo cha kudhibiti masafa cha moja ya leza (kwa leza za nusu-semiconductor, ni mkondo wa sindano). Kupitia kitanzi kama hicho cha udhibiti wa maoni hasi, awamu ya masafa ya jamaa kati ya ishara mbili za leza imefungwa kwa ishara ya mawimbi ya microwave ya marejeleo. Ishara ya macho iliyounganishwa inaweza kisha kupitishwa kupitia nyuzi za macho hadi kwa kigunduzi cha picha mahali pengine na kubadilishwa kuwa ishara ya microwave. Kelele ya awamu inayotokana ya ishara ya microwave ni sawa na ile ya ishara ya marejeleo ndani ya kipimo data cha kitanzi cha maoni hasi kilichofungwa kwa awamu. Kelele ya awamu nje ya kipimo data ni sawa na kelele ya awamu ya jamaa ya leza mbili za awali zisizohusiana.
Kwa kuongezea, chanzo cha mawimbi ya maikrowevu ya marejeleo kinaweza pia kubadilishwa na vyanzo vingine vya mawimbi kupitia kuongezeka maradufu kwa masafa, masafa ya mgawanyiko, au usindikaji mwingine wa masafa, ili mawimbi ya maikrowevu ya masafa ya chini yaweze kuongezeka maradufu, au kubadilishwa kuwa mawimbi ya masafa ya juu ya RF, THz.
Ikilinganishwa na kufunga kwa masafa ya sindano kunaweza kupata marudio ya masafa mara mbili tu, vitanzi vilivyofungwa kwa awamu vinaweza kunyumbulika zaidi, vinaweza kutoa masafa karibu ya kiholela, na bila shaka ni ngumu zaidi. Kwa mfano, sega la masafa ya macho linalozalishwa na kidhibiti cha fotoelectric katika Mchoro 2 hutumika kama chanzo cha mwanga, na kitanzi kilichofungwa kwa awamu ya macho hutumika kufunga masafa ya leza mbili kwa ishara mbili za sega za macho, na kisha kutoa ishara za masafa ya juu kupitia masafa ya tofauti, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4. f1 na f2 ni masafa ya ishara ya marejeleo ya PLLS mbili mtawalia, na ishara ya microwave ya N*frep+f1+f2 inaweza kuzalishwa na masafa ya tofauti kati ya leza mbili.
Mchoro 4. Mchoro wa kimfumo wa kutoa masafa holela kwa kutumia visega vya masafa ya macho na PLLS.
3. Tumia leza ya mapigo iliyofungwa kwa njia ya modi ili kubadilisha ishara ya mapigo ya macho kuwa ishara ya microwave kupitiakigunduzi cha picha.
Faida kuu ya njia hii ni kwamba ishara yenye utulivu mzuri sana wa masafa na kelele ya awamu ya chini sana inaweza kupatikana. Kwa kufunga masafa ya leza kwenye wigo thabiti sana wa mpito wa atomiki na molekuli, au uwazi thabiti sana wa macho, na matumizi ya mabadiliko ya masafa ya mfumo wa kuondoa masafa unaojirudia mara mbili na teknolojia zingine, tunaweza kupata ishara thabiti sana ya mapigo ya macho yenye masafa thabiti sana ya marudio, ili kupata ishara ya microwave yenye kelele ya awamu ya chini sana. Mchoro 5.
Mchoro 5. Ulinganisho wa kelele ya awamu inayohusiana ya vyanzo tofauti vya mawimbi.
Hata hivyo, kwa sababu kiwango cha marudio ya mapigo ya moyo kinalingana kinyume na urefu wa uwazi wa leza, na leza ya jadi iliyofungwa kwa njia ni kubwa, ni vigumu kupata mawimbi ya microwave yenye masafa ya juu moja kwa moja. Zaidi ya hayo, ukubwa, uzito na matumizi ya nishati ya leza za jadi zenye masafa ya juu, pamoja na mahitaji magumu ya mazingira, hupunguza matumizi yao hasa ya maabara. Ili kushinda matatizo haya, utafiti umeanza hivi karibuni nchini Marekani na Ujerumani kwa kutumia athari zisizo za mstari ili kutoa visega vya macho vinavyodumu kwa masafa katika mashimo madogo sana, yenye ubora wa hali ya juu ya chirp, ambayo nayo hutoa mawimbi ya microwave yenye masafa ya juu yenye kelele ya chini.
4. kioscillator cha kielektroniki cha opto, Mchoro 6.
Mchoro 6. Mchoro wa kimfumo wa oscillator iliyounganishwa na fotoelectric.
Mojawapo ya mbinu za kitamaduni za kutengeneza maikrowevi au leza ni kutumia kitanzi kilichofungwa cha maoni binafsi, mradi tu ongezeko katika kitanzi kilichofungwa ni kubwa kuliko hasara, mtetemo unaojisisimua unaweza kutoa maikrowevi au leza. Kadiri kipengele cha ubora Q kinavyokuwa juu cha kitanzi kilichofungwa, ndivyo awamu ya ishara au kelele ya masafa inayozalishwa inavyokuwa ndogo. Ili kuongeza kipengele cha ubora cha kitanzi, njia ya moja kwa moja ni kuongeza urefu wa kitanzi na kupunguza upotevu wa uenezaji. Hata hivyo, kitanzi kirefu kwa kawaida kinaweza kusaidia uzalishaji wa aina nyingi za mtetemo, na ikiwa kichujio chembamba cha kipimo data kinaongezwa, ishara ya mtetemo wa maikrowevi ya masafa moja yenye kelele ya chini inaweza kupatikana. Oscillator iliyounganishwa na photoelectric ni chanzo cha ishara ya maikrowevi kulingana na wazo hili, inatumia kikamilifu sifa za upotevu wa uenezaji wa chini wa nyuzi, kwa kutumia nyuzi ndefu ili kuboresha thamani ya kitanzi Q, inaweza kutoa ishara ya maikrowevi yenye kelele ya chini sana ya awamu. Tangu mbinu hiyo ilipopendekezwa katika miaka ya 1990, aina hii ya kioscillator imepokea utafiti wa kina na maendeleo makubwa, na kwa sasa kuna vioscillator vya kibiashara vilivyounganishwa na fotoelectric. Hivi majuzi, vioscillator vya fotoelectric ambavyo masafa yake yanaweza kurekebishwa kwa anuwai kubwa vimetengenezwa. Shida kuu ya vyanzo vya mawimbi ya microwave kulingana na usanifu huu ni kwamba kitanzi ni kirefu, na kelele katika mtiririko wake huru (FSR) na masafa yake maradufu yataongezeka kwa kiasi kikubwa. Kwa kuongezea, vipengele vya fotoelectric vinavyotumika ni vingi zaidi, gharama ni kubwa, ujazo ni mgumu kupunguza, na nyuzi ndefu ni nyeti zaidi kwa usumbufu wa mazingira.
Hapo juu inaleta kwa ufupi mbinu kadhaa za uzalishaji wa mawimbi ya microwave yenye elektroni, pamoja na faida na hasara zake. Hatimaye, matumizi ya fotoelektroni kutengeneza microwave yana faida nyingine ni kwamba mawimbi ya macho yanaweza kusambazwa kupitia nyuzi za macho kwa hasara ndogo sana, uwasilishaji wa masafa marefu kwa kila terminal ya matumizi na kisha kubadilishwa kuwa mawimbi ya microwave, na uwezo wa kupinga kuingiliwa kwa sumakuumeme umeboreshwa sana kuliko vipengele vya kielektroniki vya kitamaduni.
Uandishi wa makala haya ni kwa ajili ya marejeleo, na pamoja na uzoefu wa utafiti wa mwandishi mwenyewe katika uwanja huu, kuna makosa na kutoeleweka, tafadhali elewa.
Muda wa chapisho: Januari-03-2024