Mikroto'lqinli optoelektronika, nomidan ko'rinib turibdiki, mikroto'lqinli pechning kesishishi vaoptoelektronika. Mikroto'lqinlar va yorug'lik to'lqinlari elektromagnit to'lqinlar bo'lib, chastotalar turli xil kattalikdagi tartiblarga ega va ularning tegishli sohalarida ishlab chiqilgan komponentlar va texnologiyalar juda boshqacha. Birgalikda biz bir-birimizdan foydalanishimiz mumkin, ammo biz mos ravishda amalga oshirish qiyin bo'lgan yangi ilovalar va xususiyatlarni olishimiz mumkin.
Optik aloqamikroto'lqinlar va fotoelektronlar birikmasining yorqin namunasidir. Ilk telefon va telegraf simsiz aloqalari, signallarni yaratish, tarqatish va qabul qilish, barcha ishlatiladigan mikroto'lqinli qurilmalar. Past chastotali elektromagnit to'lqinlar dastlab ishlatiladi, chunki chastota diapazoni kichik va uzatish uchun kanal hajmi kichik. Yechim uzatiladigan signalning chastotasini oshirishdir, chastota qanchalik baland bo'lsa, spektr resurslari shunchalik ko'p bo'ladi. Ammo havo tarqalishining yo'qolishidagi yuqori chastotali signal katta, ammo to'siqlar bilan bloklanishi ham oson. Agar kabel ishlatilsa, kabelning yo'qolishi katta bo'lib, uzoq masofalarga uzatish muammosi. Optik tolali aloqaning paydo bo'lishi ushbu muammolarni hal qilish uchun yaxshi echimdir.Optik tolajuda kam uzatish yo'qotilishiga ega va signallarni uzoq masofalarga uzatish uchun ajoyib tashuvchidir. Yorug'lik to'lqinlarining chastota diapazoni mikroto'lqinlarnikidan ancha katta va bir vaqtning o'zida ko'plab turli kanallarni uzatishi mumkin. Ushbu afzalliklari tufaylioptik uzatish, optik tolali aloqa bugungi kunda axborot uzatishning asosiga aylandi.
Optik aloqa uzoq tarixga ega, tadqiqot va qo'llash juda keng va etuk, bu erda ko'proq aytolmayman. Ushbu maqola asosan optik aloqadan tashqari so'nggi yillarda mikroto'lqinli optoelektronikaning yangi tadqiqot mazmunini taqdim etadi. Mikroto'lqinli optoelektronika asosan an'anaviy mikroto'lqinli elektron komponentlar bilan erishish qiyin bo'lgan ishlash va qo'llashni yaxshilash va erishish uchun tashuvchi sifatida optoelektronika sohasidagi usullar va texnologiyalardan foydalanadi. Qo'llash nuqtai nazaridan u asosan quyidagi uchta jihatni o'z ichiga oladi.
Birinchisi, X diapazonidan THz diapazonigacha bo'lgan yuqori samarali, past shovqinli mikroto'lqinli signallarni yaratish uchun optoelektronikadan foydalanish.
Ikkinchidan, mikroto'lqinli signalni qayta ishlash. Shu jumladan kechikish, filtrlash, chastota konvertatsiyasi, qabul qilish va boshqalar.
Uchinchidan, analog signallarni uzatish.
Ushbu maqolada muallif faqat birinchi qismni, mikroto'lqinli signalni yaratishni taqdim etadi. An'anaviy mikroto'lqinli millimetr to'lqini asosan iii_V mikroelektronik komponentlar tomonidan ishlab chiqariladi. Uning cheklovlari quyidagi nuqtalarga ega: Birinchidan, 100 gigagertsli yuqori chastotalar uchun an'anaviy mikroelektronika kamroq va kamroq quvvat ishlab chiqarishi mumkin, yuqori chastotali THz signaliga ular hech narsa qila olmaydi. Ikkinchidan, fazaviy shovqinni kamaytirish va chastota barqarorligini yaxshilash uchun original qurilma juda past haroratli muhitga joylashtirilishi kerak. Uchinchidan, chastotali modulyatsiya chastotasini konvertatsiya qilishning keng doirasiga erishish qiyin. Ushbu muammolarni hal qilish uchun optoelektronik texnologiya rol o'ynashi mumkin. Asosiy usullar quyida tavsiflanadi.
1. Ikki xil chastotali lazer signallarining farq chastotasi orqali 1-rasmda ko'rsatilganidek, mikroto'lqinli signallarni aylantirish uchun yuqori chastotali fotodetektor ishlatiladi.
Shakl 1. Ikki chastotaning farqi bilan hosil qilingan mikroto'lqinlarning sxematik diagrammasilazerlar.
Ushbu usulning afzalliklari oddiy tuzilishdir, juda yuqori chastotali millimetr to'lqinini va hatto THz chastotali signalni yaratishi mumkin va lazer chastotasini sozlash orqali tez chastota konvertatsiyasining katta diapazonini, supurish chastotasini amalga oshirishi mumkin. Kamchilik shundaki, ikkita bir-biriga bog'liq bo'lmagan lazer signallari tomonidan yaratilgan farq chastotasi signalining chiziq kengligi yoki fazaviy shovqini nisbatan katta va chastota barqarorligi yuqori emas, ayniqsa, kichik hajmli, lekin katta chiziq kengligi (~MGts) bo'lgan yarimo'tkazgichli lazer bo'lsa. ishlatilgan. Agar tizim og'irligi hajmi talablari yuqori bo'lmasa, siz past shovqinli (~kHz) qattiq holatdagi lazerlardan foydalanishingiz mumkin,tolali lazerlar, tashqi bo'shliqyarimo'tkazgichli lazerlar, va hokazo. Bundan tashqari, bir xil lazer bo'shlig'ida ishlab chiqarilgan lazer signallarining ikki xil rejimi ham farq chastotasini yaratish uchun ishlatilishi mumkin, shuning uchun mikroto'lqinli chastotaning barqarorligi ishlashi sezilarli darajada yaxshilanadi.
2. Oldingi usuldagi ikkita lazerning bir-biriga mos kelmasligi va hosil bo'lgan signal fazasi shovqini juda katta bo'lgan muammoni hal qilish uchun ikkita lazer o'rtasidagi muvofiqlikni in'ektsiya chastotasini qulflash fazasini qulflash usuli yoki salbiy teskari aloqa fazasi orqali olish mumkin. qulflash davri. 2-rasmda mikroto'lqinli ko'paytmalarni yaratish uchun in'ektsiya blokirovkasining odatiy qo'llanilishi ko'rsatilgan (2-rasm). Yuqori chastotali oqim signallarini to'g'ridan-to'g'ri yarimo'tkazgichli lazerga kiritish yoki LinBO3-fazali modulyator yordamida teng chastota oralig'iga ega bo'lgan turli chastotalarning bir nechta optik signallarini yoki optik chastotali taroqlarni yaratish mumkin. Albatta, keng spektrli optik chastotali taroqni olish uchun tez-tez ishlatiladigan usul rejim qulflangan lazerdan foydalanishdir. Yaratilgan optik chastota taroqidagi har qanday ikkita taroqli signal filtrlash yo'li bilan tanlanadi va mos ravishda chastota va faza blokirovkasini amalga oshirish uchun mos ravishda lazer 1 va 2 ga AOK qilinadi. Optik chastotali taroqning turli taroqli signallari orasidagi faza nisbatan barqaror bo'lgani uchun, ikki lazer o'rtasidagi nisbiy faza barqaror bo'lib, keyin yuqorida aytib o'tilganidek, farq chastotasi usuli bilan ko'p marta chastotali mikroto'lqinli signal. optik chastotali taroqli takrorlanish tezligini olish mumkin.
Shakl 2. In'ektsiya chastotasini qulflash orqali hosil qilingan mikroto'lqinli chastotali ikki barobar signalining sxematik diagrammasi.
Ikki lazerning nisbiy fazaviy shovqinini kamaytirishning yana bir usuli - 3-rasmda ko'rsatilganidek, salbiy qayta aloqa optik PLL dan foydalanish.
Shakl 3. OPLning sxematik diagrammasi.
Optik PLL printsipi elektronika sohasidagi PLL printsipiga o'xshaydi. Ikki lazerning fazalar farqi fotodetektor (faza detektoriga ekvivalent) tomonidan elektr signaliga aylantiriladi va keyin ikki lazer o'rtasidagi fazalar farqi kuchaytiriladigan mos yozuvlar mikroto'lqinli signal manbai bilan farq chastotasini hosil qilish orqali olinadi. va filtrlanadi va keyin lazerlardan birining chastotani boshqarish blokiga qaytariladi (yarim o'tkazgich lazerlar uchun bu in'ektsiya oqimi). Bunday salbiy teskari aloqa nazorati zanjiri orqali ikkita lazer signallari orasidagi nisbiy chastota fazasi mos yozuvlar mikroto'lqinli signalga qulflanadi. Keyin birlashtirilgan optik signal optik tolalar orqali boshqa joydagi fotodetektorga uzatilishi va mikroto'lqinli signalga aylantirilishi mumkin. Mikroto'lqinli signalning hosil bo'lgan fazaviy shovqini, fazali qulflangan salbiy teskari aloqa halqasining tarmoqli kengligidagi mos yozuvlar signali bilan deyarli bir xil. Tarmoq kengligidan tashqaridagi fazaviy shovqin asl ikkita bog'liq bo'lmagan lazerning nisbiy fazaviy shovqiniga teng.
Bundan tashqari, mos yozuvlar mikroto'lqinli signal manbai boshqa signal manbalari tomonidan chastotani ikki barobarga oshirish, bo'linuvchi chastota yoki boshqa chastotalarni qayta ishlash orqali o'zgartirilishi mumkin, shuning uchun past chastotali mikroto'lqinli signal ko'paytirilishi yoki yuqori chastotali RF, THz signallariga aylantirilishi mumkin.
Inyeksiya chastotasini qulflash bilan solishtirganda, faqat chastotani ikki baravar oshirish mumkin, fazali qulflangan pastadirlar ko'proq moslashuvchan, deyarli o'zboshimchalik bilan chastotalarni ishlab chiqarishi mumkin va, albatta, murakkabroq. Misol uchun, 2-rasmdagi fotoelektrik modulyator tomonidan yaratilgan optik chastotali taroq yorug'lik manbai sifatida ishlatiladi va optik fazali qulflangan pastadir ikkita lazerning chastotasini ikkita optik taroq signaliga tanlab qulflash uchun ishlatiladi va keyin hosil qiladi. 4-rasmda ko'rsatilganidek, farq chastotasi orqali yuqori chastotali signallar. f1 va f2 mos ravishda ikkita PLLS ning mos yozuvlar signali chastotalari va mikroto'lqinli signal N*frep+f1+f2 chastotasi orasidagi farq chastotasi orqali hosil bo'lishi mumkin. ikkita lazer.
Shakl 4. Optik chastotali taroqlar va PLLS yordamida ixtiyoriy chastotalarni hosil qilishning sxematik diagrammasi.
3. Optik impuls signalini mikroto'lqinli signalga aylantirish uchun rejim qulflangan puls lazeridan foydalaningfotodetektor.
Ushbu usulning asosiy afzalligi shundaki, juda yaxshi chastota barqarorligi va juda past fazali shovqinga ega bo'lgan signalni olish mumkin. Lazer chastotasini juda barqaror atom va molekulyar o'tish spektriga yoki o'ta barqaror optik bo'shliqqa qulflash va o'z-o'zidan ikki baravar chastotani yo'q qilish tizimining chastota siljishi va boshqa texnologiyalardan foydalanish orqali biz juda barqaror optik impuls signalini olishimiz mumkin. ultra past fazali shovqin bilan mikroto'lqinli signalni olish uchun juda barqaror takrorlash chastotasi. 5-rasm.
Shakl 5. Turli signal manbalarining nisbiy fazaviy shovqinlarini taqqoslash.
Biroq, zarba takrorlash tezligi lazerning bo'shliq uzunligiga teskari proportsional bo'lgani uchun va an'anaviy rejim qulflangan lazer katta bo'lganligi sababli, to'g'ridan-to'g'ri yuqori chastotali mikroto'lqinli signallarni olish qiyin. Bundan tashqari, an'anaviy impulsli lazerlarning o'lchami, og'irligi va energiya iste'moli, shuningdek, qattiq ekologik talablar ularning asosan laboratoriya qo'llanilishini cheklaydi. Ushbu qiyinchiliklarni bartaraf etish uchun yaqinda Qo'shma Shtatlar va Germaniyada juda kichik, yuqori sifatli chiyillash rejimidagi optik bo'shliqlarda chastotaga barqaror optik taroqlarni yaratish uchun chiziqli bo'lmagan effektlardan foydalangan holda tadqiqotlar boshlandi, bu esa o'z navbatida yuqori chastotali past shovqinli mikroto'lqinli signallarni yaratadi.
4. opto elektron osilator, 6-rasm.
Shakl 6. Fotoelektrik bog'langan osilatorning sxematik diagrammasi.
Mikroto'lqinlar yoki lazerlarni ishlab chiqarishning an'anaviy usullaridan biri o'z-o'zidan qaytariladigan yopiq pastadirdan foydalanishdir, agar yopiq pastadirdagi daromad yo'qotishdan kattaroq bo'lsa, o'z-o'zidan tebranish mikroto'lqinlar yoki lazerlarni ishlab chiqarishi mumkin. Yopiq halqaning sifat omili Q qanchalik baland bo'lsa, hosil bo'lgan signal fazasi yoki chastota shovqini shunchalik kichik bo'ladi. Loopning sifat omilini oshirish uchun to'g'ridan-to'g'ri yo'l - pastadir uzunligini oshirish va tarqalish yo'qotilishini minimallashtirish. Biroq, uzunroq pastadir odatda tebranishning bir nechta rejimini yaratishni qo'llab-quvvatlashi mumkin va agar tor tarmoqli kengligi filtri qo'shilsa, bitta chastotali past shovqinli mikroto'lqinli tebranish signalini olish mumkin. Fotoelektrik bog'langan osilator bu g'oyaga asoslangan mikroto'lqinli signal manbai bo'lib, u tolaning past tarqalish yo'qotish xususiyatlaridan to'liq foydalanadi, pastadir Q qiymatini yaxshilash uchun uzunroq toladan foydalanadi, juda kam fazali shovqin bilan mikroto'lqinli signal ishlab chiqarishi mumkin. Usul 1990-yillarda taklif qilinganligi sababli, ushbu turdagi osilator keng qamrovli tadqiqotlar va sezilarli ishlanmalarni oldi va hozirda tijorat fotoelektrik bog'langan osilatorlar mavjud. Yaqinda chastotalari keng diapazonda sozlanishi mumkin bo'lgan fotoelektrik osilatorlar ishlab chiqildi. Ushbu arxitekturaga asoslangan mikroto'lqinli signal manbalarining asosiy muammosi shundaki, pastadir uzun bo'lib, uning erkin oqimidagi shovqin (FSR) va uning ikki barobar chastotasi sezilarli darajada oshadi. Bundan tashqari, ishlatiladigan fotoelektrik komponentlar ko'proq, xarajat yuqori, hajmni kamaytirish qiyin va uzoqroq tolalar atrof-muhitning buzilishiga nisbatan sezgir.
Yuqorida qisqacha mikroto'lqinli signallarni fotoelektron yaratishning bir necha usullari, shuningdek ularning afzalliklari va kamchiliklari keltirilgan. Va nihoyat, mikroto'lqinli pechni ishlab chiqarish uchun fotoelektronlardan foydalanishning yana bir afzalligi shundaki, optik signal juda kam yo'qotish bilan optik tola orqali tarqatilishi mumkin, har bir foydalanish terminaliga uzoq masofaga uzatilishi va keyin mikroto'lqinli signallarga aylantirilishi va elektromagnit nurlanishga qarshilik ko'rsatish qobiliyati. shovqin an'anaviy elektron komponentlarga qaraganda sezilarli darajada yaxshilanadi.
Ushbu maqolaning yozilishi asosan ma'lumot uchun mo'ljallangan bo'lib, muallifning ushbu sohadagi tadqiqot tajribasi va tajribasi bilan birgalikda noto'g'ri va tushunarsiz holatlar mavjud, iltimos, tushuning.
Xabar berish vaqti: 2024 yil 03-yanvar