Mikroto'lqinli optoelektronikanomidan ko'rinib turibdiki, mikroto'lqinli pechning kesishmasi vaoptoelektronikaMikroto'lqinlar va yorug'lik to'lqinlari elektromagnit to'lqinlar bo'lib, chastotalar bir-biridan juda katta farq qiladi va ularning tegishli sohalarida ishlab chiqilgan komponentlar va texnologiyalar juda farq qiladi. Birgalikda biz bir-birimizdan foydalanishimiz mumkin, ammo mos ravishda amalga oshirish qiyin bo'lgan yangi qo'llanmalar va xususiyatlarga ega bo'lishimiz mumkin.
Optik aloqamikroto'lqinlar va fotoelektronlarning kombinatsiyasining yorqin namunasidir. Ilk telefon va telegraf simsiz aloqasi, signallarni yaratish, tarqatish va qabul qilishda barcha mikroto'lqinli qurilmalar ishlatilgan. Past chastotali elektromagnit to'lqinlar dastlab chastota diapazoni kichik va uzatish uchun kanal sig'imi kichik bo'lgani uchun ishlatiladi. Yechim uzatilayotgan signalning chastotasini oshirishdan iborat, chastota qanchalik yuqori bo'lsa, spektr resurslari shuncha ko'p bo'ladi. Ammo havoda tarqalishdagi yuqori chastotali signalning yo'qotilishi katta, ammo to'siqlar bilan to'sib qo'yilishi ham oson. Agar kabel ishlatilsa, kabelning yo'qotilishi katta bo'ladi va uzoq masofali uzatish muammo hisoblanadi. Optik tolali aloqaning paydo bo'lishi bu muammolarga yaxshi yechimdir.Optik tolaliUzatish yo'qotishlari juda past va signallarni uzoq masofalarga uzatish uchun ajoyib tashuvchi hisoblanadi. 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 asosiy tayanchiga aylandi.
Optik aloqa uzoq tarixga ega, tadqiqotlar va qo'llanilish juda keng va yetuk, bu yerda bundan ortiq gap yo'q. Ushbu maqolada asosan so'nggi yillarda optik aloqadan tashqari mikroto'lqinli optoelektronikaning yangi tadqiqot mazmuni taqdim etiladi. Mikroto'lqinli optoelektronika asosan an'anaviy mikroto'lqinli elektron komponentlar bilan erishish qiyin bo'lgan samaradorlik va qo'llanilishni yaxshilash va amalga oshirish uchun optoelektronika sohasidagi usul va texnologiyalardan foydalanadi. Qo'llanilish nuqtai nazaridan, u asosan quyidagi uchta jihatni o'z ichiga oladi.
Birinchisi, X-diapazonidan THz diapazonigacha yuqori samarali, past shovqinli mikroto'lqinli signallarni yaratish uchun optoelektronikadan foydalanish.
Ikkinchidan, mikroto'lqinli signalni qayta ishlash. Kechiktirish, filtrlash, chastotani o'zgartirish, qabul qilish va boshqalarni o'z ichiga oladi.
Uchinchidan, analog signallarni uzatish.
Ushbu maqolada muallif faqat birinchi qismni, ya'ni mikroto'lqinli signalni yaratishni taqdim etadi. An'anaviy mikroto'lqinli millimetr to'lqini asosan iii_V mikroelektron komponentlari tomonidan hosil qilinadi. Uning cheklovlari quyidagi jihatlarga ega: Birinchidan, 100 gigagertsdan yuqori kabi yuqori chastotalarga an'anaviy mikroelektronika tobora kamroq quvvat ishlab chiqarishi mumkin, yuqori chastotali THz signaliga esa ular hech narsa qila olmaydi. Ikkinchidan, fazaviy shovqinni kamaytirish va chastota barqarorligini oshirish uchun asl qurilmani juda past haroratli muhitga joylashtirish kerak. Uchinchidan, chastota modulyatsiya chastotasini konvertatsiya qilishning keng doirasiga erishish qiyin. Ushbu muammolarni hal qilish uchun optoelektronika texnologiyasi rol o'ynashi mumkin. Asosiy usullar quyida tavsiflangan.
1. Ikki xil chastotali lazer signallarining farq chastotasi orqali 1-rasmda ko'rsatilgandek, mikroto'lqinli signallarni o'zgartirish uchun yuqori chastotali fotodetektor ishlatiladi.
1-rasm. Ikkita chastota farqi bilan hosil qilingan mikroto'lqinlarning sxematik diagrammasilazerlar.
Ushbu usulning afzalliklari oddiy tuzilishga ega, juda yuqori chastotali millimetr to'lqinini va hatto THz chastota signalini yaratishi mumkin va lazer chastotasini sozlash orqali keng diapazonda tez chastota konvertatsiyasini, supurish chastotasini amalga oshirish mumkin. Kamchilik shundaki, ikkita bog'liq bo'lmagan lazer signallari tomonidan hosil qilingan farq chastotasi signalining chiziq kengligi yoki fazaviy shovqini nisbatan katta va chastota barqarorligi yuqori emas, ayniqsa kichik hajmli, ammo katta chiziq kengligi (~MHz) bo'lgan yarimo'tkazgichli lazer ishlatilsa. Agar tizimning og'irlik hajmiga qo'yiladigan talablar yuqori bo'lmasa, siz past shovqinli (~kHz) qattiq holatdagi lazerlardan foydalanishingiz mumkin,tolali lazerlar, tashqi bo'shliqyarimo'tkazgichli lazerlarva boshqalar. Bundan tashqari, bir xil lazer bo'shlig'ida hosil bo'lgan ikki xil lazer signallari ham farq chastotasini yaratish uchun ishlatilishi mumkin, shunda mikroto'lqinli chastota barqarorligi ko'rsatkichlari sezilarli darajada yaxshilanadi.
2. Oldingi usulda ikkita lazerning nomuvofiqligi va hosil bo'lgan signal fazasi shovqini juda katta bo'lgan muammoni hal qilish uchun ikkita lazer orasidagi kogerentlikni in'ektsiya chastotasini qulflash fazasini qulflash usuli yoki manfiy teskari aloqa fazasini qulflash sxemasi orqali olish mumkin. 2-rasmda mikroto'lqinli ko'paytmalarni yaratish uchun in'ektsiya qulflashning odatiy qo'llanilishi ko'rsatilgan (2-rasm). Yarimo'tkazgich lazerga to'g'ridan-to'g'ri yuqori chastotali tok signallarini yuborish yoki LinBO3 fazali modulyator yordamida teng chastota oralig'iga ega turli chastotalardagi bir nechta optik signallar yoki optik chastotali taroqlar hosil qilinishi mumkin. Albatta, keng spektrli optik chastotali taroqni olishning keng tarqalgan usuli rejimli qulflangan lazerdan foydalanishdir. Yaratilgan optik chastotali taroqdagi istalgan ikkita taroq signali filtrlash orqali tanlanadi va mos ravishda chastota va fazani qulflashni amalga oshirish uchun mos ravishda 1 va 2 lazerga yuboriladi. Optik chastotali taroqning turli taroq signallari orasidagi faza nisbatan barqaror bo'lgani uchun, ikkita lazer orasidagi nisbiy faza barqaror bo'ladi va keyin avval tasvirlanganidek, farq chastotasi usuli bilan optik chastotali taroqning takrorlanish tezligining ko'p martali chastotali mikroto'lqinli signalini olish mumkin.
2-rasm. Inyeksiya chastotasini qulflash orqali hosil bo'lgan mikroto'lqinli chastotani ikki baravar oshirish signalining sxematik diagrammasi.
Ikki lazerning nisbiy fazaviy shovqinini kamaytirishning yana bir usuli - 3-rasmda ko'rsatilgandek, salbiy teskari aloqa optik PLL dan foydalanish.
3-rasm. OPL ning sxematik diagrammasi.
Optik PLL printsipi elektronika sohasidagi PLL printsipiga o'xshaydi. Ikki lazerning faza farqi fotodetektor (faza detektoriga teng) tomonidan elektr signaliga aylantiriladi va keyin ikki lazer orasidagi faza farqi mos yozuvlar mikroto'lqinli signal manbai bilan farq chastotasini yaratish orqali olinadi, u kuchaytiriladi va filtrlanadi va keyin lazerlardan birining chastota boshqaruv blokiga qaytariladi (yarimo'tkazgichli lazerlar uchun bu in'ektsiya oqimi). Bunday salbiy teskari aloqa boshqaruv tsikli orqali ikkita lazer signallari orasidagi nisbiy chastota fazasi mos yozuvlar mikroto'lqinli signaliga qulflanadi. Birlashtirilgan optik signal keyin optik tolalar orqali boshqa joydagi fotodetektorga uzatilishi va mikroto'lqinli signalga aylantirilishi mumkin. Mikroto'lqinli signalning hosil bo'lgan faza shovqini faza bilan qulflangan salbiy teskari aloqa tsiklining o'tkazish qobiliyati ichidagi mos yozuvlar signalining shovqini bilan deyarli bir xil. O'tkazish qobiliyatidan tashqaridagi faza shovqini asl ikkita bog'liq bo'lmagan lazerning nisbiy faza shovqiniga teng.
Bundan tashqari, mos yozuvlar mikroto'lqinli signal manbai boshqa signal manbalari tomonidan chastotani ikki baravar oshirish, bo'luvchi chastota yoki boshqa chastotani qayta ishlash orqali ham o'zgartirilishi mumkin, shunda past chastotali mikroto'lqinli signal ko'p marta ko'paytirilishi yoki yuqori chastotali RF, THz signallariga aylantirilishi mumkin.
Inyeksiya chastotasini qulflash bilan solishtirganda, faqat chastotani ikki baravar oshirish mumkin, fazali qulflangan halqalar yanada moslashuvchan, deyarli o'zboshimchalik bilan chastotalarni ishlab chiqarishi mumkin va, albatta, murakkabroq. Masalan, 2-rasmda fotoelektrik modulyator tomonidan hosil qilingan optik chastota taroqi yorug'lik manbai sifatida ishlatiladi va optik fazali qulflangan halqa ikkita lazerning chastotasini ikkita optik taroq signallariga tanlab qulflash va keyin 4-rasmda ko'rsatilgandek, farq chastotasi orqali yuqori chastotali signallarni yaratish uchun ishlatiladi. f1 va f2 mos ravishda ikkita PLLS ning mos yozuvlar signal chastotalari bo'lib, ikkita lazer orasidagi farq chastotasi orqali N*frep+f1+f2 mikroto'lqinli signali yaratilishi mumkin.
4-rasm. Optik chastotali taroqlar va PLLS yordamida ixtiyoriy chastotalarni yaratishning sxematik diagrammasi.
3. Optik impuls signalini mikroto'lqinli signalga aylantirish uchun rejimda qulflangan impuls lazeridan foydalaningfotodetektor.
Ushbu usulning asosiy afzalligi shundaki, juda yaxshi chastota barqarorligi va juda past fazali shovqinga ega signalni olish mumkin. Lazer chastotasini juda barqaror atom va molekulyar o'tish spektriga yoki juda barqaror optik bo'shliqqa qulflash va o'z-o'zini ikki baravar oshiradigan chastotani yo'q qilish tizimining chastota siljishi va boshqa texnologiyalardan foydalanish orqali biz juda barqaror takrorlanish chastotasiga ega juda barqaror optik impuls signalini olishimiz mumkin, shunda ultra past fazali shovqinga ega mikroto'lqinli signalni olishimiz mumkin. 5-rasm.
5-rasm. Turli signal manbalarining nisbiy fazaviy shovqinini taqqoslash.
Biroq, impulslarning takrorlanish tezligi lazerning bo'shliq uzunligiga teskari proportsional bo'lgani va an'anaviy rejimda qulflangan lazer katta bo'lgani uchun yuqori chastotali mikroto'lqinli signallarni to'g'ridan-to'g'ri olish qiyin. Bundan tashqari, an'anaviy impulsli lazerlarning o'lchami, og'irligi va energiya sarfi, 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 chirp 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 ossillyatori, 6-rasm.
6-rasm. Fotoelektrik bog'langan ossillyatorning sxematik diagrammasi.
Mikroto'lqinlar yoki lazerlarni ishlab chiqarishning an'anaviy usullaridan biri o'z-o'zidan teskari aloqa yopiq pastadiridan foydalanishdir, agar yopiq pastadirdagi kuchaytirish yo'qotishdan katta bo'lsa, o'z-o'zidan qo'zg'aladigan tebranish mikroto'lqinlar yoki lazerlarni hosil qilishi mumkin. Yopiq pastadirning sifat koeffitsienti Q qanchalik yuqori bo'lsa, hosil bo'lgan signal fazasi yoki chastota shovqini shuncha kichik bo'ladi. Kamaning sifat koeffitsientini oshirish uchun to'g'ridan-to'g'ri yo'l pastadir uzunligini oshirish va tarqalish yo'qotilishini minimallashtirishdir. Biroq, uzunroq pastadir odatda bir nechta tebranish rejimlarini yaratishni qo'llab-quvvatlashi mumkin va agar tor o'tkazuvchanlik 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 foydalanib, juda past fazali shovqinli mikroto'lqinli signalni ishlab chiqarishi mumkin. Usul 1990-yillarda taklif qilinganidan beri, bu turdagi osilator keng qamrovli tadqiqotlar va sezilarli darajada rivojlanishga erishdi va hozirda tijorat fotoelektrik bog'langan osilatorlar mavjud. Yaqinda chastotalarini keng diapazonda sozlash mumkin bo'lgan fotoelektrik osilatorlar ishlab chiqildi. Ushbu arxitekturaga asoslangan mikroto'lqinli signal manbalarining asosiy muammosi shundaki, halqa uzun va uning erkin oqimidagi (FSR) shovqin va uning ikki baravar chastotasi sezilarli darajada oshadi. Bundan tashqari, ishlatiladigan fotoelektrik komponentlar ko'proq, narxi yuqori, hajmini kamaytirish qiyin va uzunroq tola atrof-muhit ta'siriga sezgirroq bo'ladi.
Yuqorida mikroto'lqinli signallarni fotoelektronlar orqali generatsiya qilishning bir nechta usullari, shuningdek, ularning afzalliklari va kamchiliklari qisqacha taqdim etilgan. Va nihoyat, mikroto'lqinli signallarni ishlab chiqarish uchun fotoelektronlardan foydalanishning yana bir afzalligi shundaki, optik signal optik tola orqali juda kam yo'qotish bilan tarqatilishi, har bir foydalanish terminaliga uzoq masofaga uzatilishi va keyin mikroto'lqinli signallarga aylantirilishi mumkin va elektromagnit shovqinlarga qarshi turish qobiliyati an'anaviy elektron komponentlarga qaraganda sezilarli darajada yaxshilangan.
Ushbu maqola asosan ma'lumot olish uchun yozilgan va muallifning ushbu sohadagi o'z tadqiqot tajribasi va tajribasi bilan birlashtirilgan holda, noaniqliklar va tushunarsizliklar mavjud, iltimos, tushuning.
Joylashtirilgan vaqt: 2024-yil 3-yanvar