Микробранова оптоелектроника, како што сугерира името, е пресекот на микробрановата иоптоелектроника.Микробрановите и светлосните бранови се електромагнетни бранови, а фреквенциите се различни по редови на големина, а компонентите и технологиите развиени во нивните соодветни полиња се многу различни.Во комбинација, можеме да ги искористиме едни со други, но можеме да добиеме нови апликации и карактеристики кои е тешко да се реализираат соодветно.
Оптичка комуникацијае одличен пример за комбинација на микробранови и фотоелектрони.Рани телефонски и телеграфски безжични комуникации, генерирање, ширење и примање сигнали, сите користени микробранови уреди.Електромагнетните бранови со ниска фреквенција се користат првично бидејќи опсегот на фреквенција е мал, а капацитетот на каналот за пренос е мал.Решението е да се зголеми фреквенцијата на пренесениот сигнал, колку е поголема фреквенцијата, толку повеќе ресурси на спектарот.Но, високиот фреквентен сигнал во загубата на ширење на воздухот е голем, но исто така лесно може да се блокира од пречки.Ако се користи кабелот, загубата на кабелот е голема, а преносот на долги растојанија е проблем.Појавата на комуникација со оптички влакна е добро решение за овие проблеми.Оптичко влакноима многу мала загуба на пренос и е одличен носач за пренос на сигнали на долги растојанија.Фреквентниот опсег на светлосните бранови е многу поголем од оној на микробрановите и може да пренесува многу различни канали истовремено.Поради овие предности наоптички пренос, комуникацијата со оптички влакна стана столбот на денешниот пренос на информации.
Оптичката комуникација има долга историја, истражувањето и примената се многу обемни и зрели, тука нема да кажам повеќе.Овој труд главно ја воведува новата истражувачка содржина на микробрановата оптоелектроника во последниве години, освен оптичката комуникација.Микробрановата оптоелектроника главно ги користи методите и технологиите од областа на оптоелектрониката како носител за подобрување и постигнување на перформансите и примената кои тешко се постигнуваат со традиционалните микробранови електронски компоненти.Од перспектива на примена, главно ги вклучува следните три аспекти.
Првата е употребата на оптоелектроника за генерирање на микробранови сигнали со високи перформанси и низок шум, од X-бендот сè до опсегот THz.
Второ, микробранова обработка на сигналот.Вклучувајќи одложување, филтрирање, конверзија на фреквенција, примање и така натаму.
Трето, пренос на аналогни сигнали.
Во оваа статија, авторот го воведува само првиот дел, генерирањето на микробранови сигнал.Традиционалниот милиметарски бран на микробранова е главно генериран од iii_V микроелектронските компоненти.Неговите ограничувања ги имаат следните точки: Прво, на високи фреквенции како што се 100 GHz погоре, традиционалната микроелектроника може да произведе сè помалку енергија, до сигналот со повисока фреквенција THz, тие не можат да направат ништо.Второ, за да се намали фазниот шум и да се подобри стабилноста на фреквенцијата, оригиналниот уред треба да се постави во средина со екстремно ниска температура.Трето, тешко е да се постигне широк опсег на фреквентна конверзија на модулација на фреквенција.За да се решат овие проблеми, оптоелектронската технологија може да игра улога.Главните методи се опишани подолу.
1. Преку разликата во фреквенцијата на два различни фреквентни ласерски сигнали, се користи високофреквентен фотодетектор за конвертирање на микробранови сигнали, како што е прикажано на слика 1.
Слика 1. Шематски дијаграм на микробранови генерирани од фреквенцијата на разлика од дваласери.
Предностите на овој метод се едноставна структура, може да генерира екстремно висока фреквенција милиметарски бран, па дури и THz фреквентен сигнал, а со прилагодување на фреквенцијата на ласерот може да изврши голем опсег на брза конверзија на фреквенција, фреквенција на мета.Недостатокот е што ширината на линијата или фазниот шум на сигналот со разликата фреквенција генериран од два неповрзани ласерски сигнали е релативно голем, а стабилноста на фреквенцијата не е висока, особено ако полупроводнички ласер со мал волумен, но голема ширина на линијата (~MHz) е користени.Ако барањата за волумен за тежина на системот не се високи, можете да користите ласери со цврста состојба со низок шум (~ kHz),ласери со влакна, надворешна празнинаполупроводнички ласери, итн. Покрај тоа, два различни начини на ласерски сигнали генерирани во иста ласерска празнина, исто така, може да се користат за генерирање на различна фреквенција, така што перформансите на стабилноста на микробрановата фреквенција значително се подобруваат.
2. Со цел да се реши проблемот што двата ласера во претходниот метод се некохерентни и генерираниот шум на сигналната фаза е премногу голем, кохерентноста помеѓу двата ласера може да се добие со методот на заклучување фаза на блокирање на фреквенцијата на инјектирање или фазата на негативна повратна информација коло за заклучување.Слика 2 покажува типична примена на заклучување со инјектирање за да се генерираат множители на микробранови (Слика 2).Со директно вбризгување на високи фреквентни тековни сигнали во полупроводнички ласер или со користење на LinBO3-фазен модулатор, може да се генерираат повеќе оптички сигнали од различни фреквенции со еднаков фреквентен простор, или чешли за оптичка фреквенција.Се разбира, најчесто користениот метод за да се добие чешел со оптичка фреквенција со широк спектар е да се користи ласер со заклучен режим.Било кои два сигнала за чешлање во генерираниот чешел со оптичка фреквенција се избираат со филтрирање и се вбризгуваат во ласерот 1 и 2 соодветно за да се реализира заклучувањето на фреквенцијата и фазата соодветно.Бидејќи фазата помеѓу различните сигнали за чешлање на чешелот со оптичка фреквенција е релативно стабилна, така што релативната фаза помеѓу двата ласери е стабилна, а потоа со методот на разлика во фреквенцијата како што е опишано претходно, микробрановиот сигнал со повеќекратна фреквенција на може да се добие брзина на повторување на чешел со оптичка фреквенција.
Слика 2. Шематски дијаграм на сигналот за удвојување на фреквенцијата на микробрановата генерирана со заклучување на фреквенцијата на вбризгување.
Друг начин да се намали релативната фазна бучава на двата ласера е да се користи оптичка PLL со негативна повратна информација, како што е прикажано на слика 3.
Слика 3. Шематски дијаграм на OPL.
Принципот на оптички PLL е сличен на оној на PLL во областа на електрониката.Фазната разлика на двата ласера се претвора во електричен сигнал со фотодетектор (еквивалент на фазен детектор), а потоа фазната разлика помеѓу двата ласера се добива со правење разлика на фреквенцијата со референтниот извор на микробранови сигнал, кој се засилува и се филтрира и потоа се враќа назад во единицата за контрола на фреквенцијата на еден од ласерите (за полупроводнички ласери, тоа е струјата за инјектирање).Преку таквата контролна јамка за негативна повратна информација, фазата на релативна фреквенција помеѓу двата ласерски сигнали е заклучена за референтниот микробранови сигнал.Комбинираниот оптички сигнал потоа може да се пренесе преку оптички влакна до фотодетектор на друго место и да се претвори во микробранова сигнал.Резултирачкиот фазен шум на микробрановиот сигнал е речиси ист како оној на референтниот сигнал во пропусниот опсег на јамката за негативна повратна информација заклучена со фаза.Фазниот шум надвор од пропусниот опсег е еднаков на релативниот фазен шум на оригиналните два неповрзани ласери.
Дополнително, референтниот извор на микробранови сигнал може да се конвертира и од други извори на сигнал преку удвојување на фреквенцијата, фреквенција на делител или друга обработка на фреквенција, така што микробрановиот сигнал со помала фреквенција може да се удвои или да се претвори во RF, THz сигнали со висока фреквенција.
Во споредба со заклучувањето на фреквенцијата на вбризгување може да се добие само удвојување на фреквенцијата, фазно заклучените јамки се пофлексибилни, можат да произведат речиси произволни фреквенции и се разбира посложени.На пример, чешелот со оптичка фреквенција генериран од фотоелектричниот модулатор на Слика 2 се користи како извор на светлина, а оптичката фаза-заклучена јамка се користи за селективно заклучување на фреквенцијата на двата ласера на двата сигнали за оптички чешел, а потоа генерира високофреквентни сигнали преку разликата фреквенција, како што е прикажано на слика 4. f1 и f2 се референтните сигнални фреквенции на двата PLLS соодветно, а микробрановиот сигнал од N*frep+f1+f2 може да се генерира од разликата фреквенција помеѓу два ласери.
Слика 4. Шематски дијаграм на генерирање произволни фреквенции со помош на чешли за оптичка фреквенција и PLLS.
3. Користете пулсен ласер со заклучен режим за да го конвертирате оптичкиот пулсен сигнал во микробранова сигнал прекуфотодетектор.
Главната предност на овој метод е што може да се добие сигнал со многу добра фреквентна стабилност и многу низок фазен шум.Со заклучување на фреквенцијата на ласерот на многу стабилен атомски и молекуларен преоден спектар, или екстремно стабилна оптичка празнина, и употреба на самоудвојување на системот за елиминација на фреквенцијата, поместување на фреквенцијата и други технологии, можеме да добиеме многу стабилен оптички пулсен сигнал со многу стабилна фреквенција на повторување, за да се добие микробранови сигнал со ултра низок фазен шум.Слика 5.
Слика 5. Споредба на релативна фазна бучава на различни извори на сигнал.
Меѓутоа, бидејќи стапката на повторување на пулсот е обратно пропорционална со должината на шуплината на ласерот, а традиционалниот ласер со заклучен режим е голем, тешко е директно да се добијат микробранови сигнали со висока фреквенција.Покрај тоа, големината, тежината и потрошувачката на енергија на традиционалните импулсни ласери, како и суровите еколошки барања, ги ограничуваат нивните главно лабораториски апликации.За да се надминат овие потешкотии, неодамна започнаа истражувања во Соединетите Американски Држави и Германија со користење на нелинеарни ефекти за генерирање на фреквентно стабилни оптички чешли во многу мали, висококвалитетни оптички шуплини во режим на чврчорење, кои пак генерираат високофреквентни микробранови сигнали со низок шум.
4. опто електронски осцилатор, Слика 6.
Слика 6. Шематски дијаграм на фотоелектричен споен осцилатор.
Еден од традиционалните методи за генерирање микробранови или ласери е да се користи затворена јамка со самоповратна информација, се додека добивката во затворената јамка е поголема од загубата, самовозбудената осцилација може да произведе микробранови или ласери.Колку е поголем факторот на квалитет Q на затворената јамка, толку е помала генерираната фаза на сигналот или шумот на фреквенцијата.Со цел да се зголеми факторот на квалитет на јамката, директен начин е да се зголеми должината на јамката и да се минимизира загубата на ширење.Меѓутоа, подолга јамка обично може да поддржи генерирање на повеќе начини на осцилација и ако се додаде филтер со тесен опсег, може да се добие еднофреквентен сигнал за осцилација на микробрановата со низок шум.Фотоелектричниот споен осцилатор е извор на микробранови сигнал заснован на оваа идеја, тој целосно ги користи карактеристиките на ниските загуби на ширење на влакната, користејќи подолго влакно за подобрување на вредноста на јамката Q, може да произведе микробранови сигнал со многу низок фазен шум.Откако методот беше предложен во 1990-тите, овој тип на осцилатори доби обемно истражување и значителен развој, а моментално има комерцијални фотоелектрични споени осцилатори.Во поново време, развиени се фотоелектрични осцилатори чии фреквенции може да се прилагодат во широк опсег.Главниот проблем на изворите на микробранови сигнали базирани на оваа архитектура е тоа што јамката е долга, а бучавата во нејзиниот слободен проток (FSR) и неговата двојна фреквенција ќе бидат значително зголемени.Покрај тоа, користените фотоелектрични компоненти се повеќе, цената е висока, волуменот тешко се намалува, а подолгите влакна се почувствителни на нарушување на животната средина.
Горенаведеното накратко воведува неколку методи за генерирање на фотоелектрони на микробранови сигнали, како и нивните предности и недостатоци.Конечно, употребата на фотоелектрони за производство на микробранови има уште една предност е тоа што оптичкиот сигнал може да се дистрибуира преку оптичкото влакно со многу мала загуба, пренос на долги растојанија до секој терминал за употреба и потоа да се претвори во микробранови сигнали и способност да се спротивстави на електромагнетните пречките се значително подобрени од традиционалните електронски компоненти.
Пишувањето на овој напис е главно за повикување, а во комбинација со сопственото истражувачко искуство и искуство на авторот во оваа област, постојат неточности и неразбирливост, ве молиме разберете.
Време на објавување: Јан-03-2024 година