Mikrodalğalı optoelektronikaadından da göründüyü kimi, mikrodalğalı vəoptoelektronikaMikrodalğalı və işıq dalğaları elektromaqnit dalğalarıdır və tezlikləri çox fərqlidir və müvafiq sahələrdə inkişaf etdirilən komponentlər və texnologiyalar çox fərqlidir. Birlikdə bir-birimizdən faydalana bilərik, lakin müvafiq olaraq həyata keçirilməsi çətin olan yeni tətbiqlər və xüsusiyyətlər əldə edə bilərik.
Optik rabitəmikrodalğalı və fotoelektronların birləşməsinin bariz nümunəsidir. Erkən telefon və teleqraf simsiz rabitəsində, siqnalların generasiyası, yayılması və qəbulunda istifadə edilən bütün mikrodalğalı cihazlar. Aşağı tezlikli elektromaqnit dalğaları əvvəlcə tezlik diapazonu kiçik və ötürmə üçün kanal tutumu kiçik olduğundan istifadə olunur. Həll yolu ötürülən siqnalın tezliyini artırmaqdır, tezlik nə qədər yüksəkdirsə, spektr resursları da bir o qədər çoxdur. Lakin havada yayılma itkisi böyükdür, eyni zamanda maneələrlə asanlıqla bloklanır. Kabel istifadə olunarsa, kabelin itkisi böyükdür və uzun məsafəli ötürmə problem yaradır. Optik lifli rabitənin yaranması bu problemlərə yaxşı bir həlldir.Optik lifÇox aşağı ötürmə itkisinə malikdir və siqnalları uzun məsafələrə ötürmək üçün əla daşıyıcıdır. İşıq dalğalarının tezlik diapazonu mikrodalğalılardan daha böyükdür və eyni vaxtda bir çox fərqli kanal ötürə bilər. Bu üstünlüklərə görəoptik ötürmə, optik lifli rabitə bugünkü informasiya ötürülməsinin əsasını təşkil edir.
Optik rabitənin uzun bir tarixi var, tədqiqat və tətbiqi çox geniş və yetkindir, burada artıq danışmağa ehtiyac yoxdur. Bu məqalədə əsasən optik rabitədən başqa son illərdə mikrodalğalı optoelektronikanın yeni tədqiqat məzmunu təqdim olunur. Mikrodalğalı optoelektronika əsasən ənənəvi mikrodalğalı elektron komponentləri ilə əldə edilməsi çətin olan performansı və tətbiqi yaxşılaşdırmaq və əldə etmək üçün daşıyıcı kimi optoelektronika sahəsindəki metod və texnologiyalardan istifadə edir. Tətbiq baxımından, əsasən aşağıdakı üç aspekti əhatə edir.
Birincisi, X diapazonundan THz diapazonuna qədər yüksək performanslı, aşağı səs-küylü mikrodalğalı siqnallar yaratmaq üçün optoelektronikadan istifadədir.
İkincisi, mikrodalğalı siqnalın emalı. Gecikmə, filtrləmə, tezlik çevrilməsi, qəbul və s. daxil olmaqla.
Üçüncüsü, analoq siqnalların ötürülməsi.
Bu məqalədə müəllif yalnız birinci hissəni, mikrodalğalı siqnalın generasiyasını təqdim edir. Ənənəvi mikrodalğalı millimetr dalğası əsasən iii_V mikroelektron komponentləri tərəfindən yaradılır. Onun məhdudiyyətləri aşağıdakı məqamlara malikdir: Birincisi, 100 GHz-dən yuxarı kimi yüksək tezliklərə ənənəvi mikroelektronika getdikcə daha az enerji istehsal edə bilər, daha yüksək tezlikli THz siqnalına isə heç nə edə bilməzlər. İkincisi, faz səs-küyünü azaltmaq və tezlik sabitliyini artırmaq üçün orijinal cihaz olduqca aşağı temperaturlu mühitdə yerləşdirilməlidir. Üçüncüsü, geniş diapazonlu tezlik modulyasiya tezliyinin çevrilməsinə nail olmaq çətindir. Bu problemləri həll etmək üçün optoelektron texnologiyası rol oynaya bilər. Əsas metodlar aşağıda təsvir edilmişdir.
1. Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, iki fərqli tezlikli lazer siqnalının fərq tezliyi vasitəsilə mikrodalğalı siqnalları çevirmək üçün yüksək tezlikli fotodetektordan istifadə olunur.
Şəkil 1. İkisinin fərq tezliyi ilə yaradılan mikrodalğaların sxematik diaqramılazerlər.
Bu metodun üstünlükləri sadə quruluşa malik olması, son dərəcə yüksək tezlikli millimetr dalğası və hətta THz tezlik siqnalı yarada bilməsi və lazerin tezliyini tənzimləməklə geniş diapazonda sürətli tezlik çevrilməsi, süpürmə tezliyi həyata keçirə bilməsidir. Dezavantajı, iki əlaqəsiz lazer siqnalı tərəfindən yaradılan fərq tezlik siqnalının xətt eni və ya faz səs-küyünün nisbətən böyük olması və tezlik sabitliyinin yüksək olmamasıdır, xüsusən də kiçik həcmli, lakin böyük xətt eni (~MHz) olan yarımkeçirici lazer istifadə edildikdə. Sistemin çəki həcmi tələbləri yüksək deyilsə, aşağı səs-küylü (~kHz) bərk hal lazerlərindən istifadə edə bilərsiniz.lif lazerləri, xarici boşluqyarımkeçirici lazerlərvə s. Bundan əlavə, eyni lazer boşluğunda yaradılan iki fərqli lazer siqnal rejimi də fərq tezliyi yaratmaq üçün istifadə edilə bilər ki, mikrodalğalı tezlik stabilliyi göstəriciləri xeyli yaxşılaşsın.
2. Əvvəlki metoddakı iki lazerin koherent olmaması və yaranan siqnal fazası səs-küyünün çox böyük olması problemini həll etmək üçün iki lazer arasındakı koherentlik inyeksiya tezliyinin kilidlənməsi fazasının kilidlənməsi metodu və ya mənfi əks əlaqə fazasının kilidlənməsi dövrəsi ilə əldə edilə bilər. Şəkil 2-də mikrodalğalı çoxluqlar yaratmaq üçün inyeksiya kilidlənməsinin tipik tətbiqi göstərilir (Şəkil 2). Yarımkeçirici lazerə birbaşa yüksək tezlikli cərəyan siqnalları yeridilməsi və ya LinBO3 fazalı modulyatordan istifadə etməklə bərabər tezlik aralığına malik müxtəlif tezliklərdə çoxsaylı optik siqnallar və ya optik tezlik tarakları yaradıla bilər. Əlbəttə ki, geniş spektrli optik tezlik tarakını əldə etmək üçün ən çox istifadə edilən üsul rejimli kilidlənmiş lazerdən istifadə etməkdir. Yaradılan optik tezlik tarakındakı istənilən iki tarak siqnalı süzgəcdən keçirilərək seçilir və müvafiq olaraq tezlik və faza kilidlənməsini həyata keçirmək üçün müvafiq olaraq lazer 1 və 2-yə yeridilir. Optik tezlik tarakının müxtəlif tarak siqnalları arasındakı faza nisbətən sabit olduğundan, iki lazer arasındakı nisbi faza sabit olduğundan və daha əvvəl təsvir edildiyi kimi fərq tezliyi metodu ilə optik tezlik tarak təkrarlanma sürətinin çoxqatlı tezlikli mikrodalğa siqnalı əldə edilə bilər.
Şəkil 2. Enjeksiyon tezliyinin kilidlənməsi ilə yaradılan mikrodalğalı tezliyin ikiqat artırılması siqnalının sxematik diaqramı.
İki lazerin nisbi faz səs-küyünü azaltmağın başqa bir yolu, Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, mənfi əks-əlaqə optik PLL-dən istifadə etməkdir.
Şəkil 3. OPL-in sxematik diaqramı.
Optik PLL-in prinsipi elektronika sahəsində PLL-in prinsipinə bənzəyir. İki lazerin faza fərqi fotodetektor (faza detektoruna ekvivalent) tərəfindən elektrik siqnalına çevrilir və sonra iki lazer arasındakı faza fərqi istinad mikrodalğalı siqnal mənbəyi ilə fərq tezliyi yaratmaqla əldə edilir, bu tezlik gücləndirilir və süzülür və sonra lazerlərdən birinin tezlik idarəetmə blokuna geri ötürülür (yarımkeçirici lazerlər üçün bu, inyeksiya cərəyanıdır). Belə bir mənfi əks əlaqə idarəetmə döngəsi vasitəsilə iki lazer siqnalı arasındakı nisbi tezlik fazası istinad mikrodalğalı siqnalına kilidlənir. Birləşdirilmiş optik siqnal daha sonra optik liflər vasitəsilə başqa yerdəki fotodetektora ötürülə və mikrodalğalı siqnala çevrilə bilər. Mikrodalğalı siqnalın yaranan faza səs-küyü, faza ilə kilidlənmiş mənfi əks əlaqə döngəsinin bant genişliyindəki istinad siqnalının səsi ilə demək olar ki, eynidir. Bant genişliyindən kənar faza səs-küyü, orijinal iki əlaqəsiz lazerin nisbi faza səs-küyünə bərabərdir.
Bundan əlavə, istinad mikrodalğalı siqnal mənbəyi digər siqnal mənbələri tərəfindən tezlik ikiqat artırılması, bölən tezliyi və ya digər tezlik emalı vasitəsilə də çevrilə bilər ki, aşağı tezlikli mikrodalğalı siqnal çoxqat artırıla və ya yüksək tezlikli RF, THz siqnallarına çevrilə bilsin.
İnyeksiya tezliyinin kilidlənməsi ilə müqayisədə yalnız tezlik ikiqat artırıla bilər, faza ilə kilidlənmiş dövrələr daha çevikdir, demək olar ki, ixtiyari tezliklər yarada bilər və əlbəttə ki, daha mürəkkəbdir. Məsələn, Şəkil 2-də fotoelektrik modulyator tərəfindən yaradılan optik tezlik tarağı işıq mənbəyi kimi istifadə olunur və optik faza ilə kilidlənmiş dövrə iki lazerin tezliyini iki optik tarağı siqnalına selektiv şəkildə kilidləmək və sonra Şəkil 4-də göstərildiyi kimi fərq tezliyi vasitəsilə yüksək tezlikli siqnallar yaratmaq üçün istifadə olunur. f1 və f2 müvafiq olaraq iki PLLS-in istinad siqnal tezlikləridir və iki lazer arasındakı fərq tezliyi ilə N*frep+f1+f2 mikrodalğalı siqnalı yaradıla bilər.
Şəkil 4. Optik tezlik tarağı və PLLS istifadə edərək ixtiyari tezliklərin yaradılmasının sxematik diaqramı.
3. Optik impuls siqnalını mikrodalğalı siqnala çevirmək üçün rejim kilidli impuls lazerindən istifadə edinfotodetektor.
Bu metodun əsas üstünlüyü ondan ibarətdir ki, çox yaxşı tezlik stabilliyinə və çox aşağı fazalı səs-küyə malik siqnal əldə etmək mümkündür. Lazerin tezliyini çox sabit atom və molekulyar keçid spektrinə və ya son dərəcə sabit optik boşluğa bağlamaqla və öz-özünə ikiqat artıran tezlik aradan qaldırma sisteminin tezlik dəyişməsi və digər texnologiyalardan istifadə etməklə, çox sabit təkrar tezliyinə malik çox sabit optik impuls siqnalı əldə edə bilərik ki, ultra aşağı fazalı səs-küyə malik mikrodalğalı siqnal əldə edək. Şəkil 5.
Şəkil 5. Müxtəlif siqnal mənbələrinin nisbi faz səs-küyünün müqayisəsi.
Lakin, impuls təkrarlanma sürəti lazerin boşluq uzunluğu ilə tərs mütənasib olduğundan və ənənəvi rejimli kilidli lazer böyük olduğundan, yüksək tezlikli mikrodalğalı siqnalları birbaşa əldə etmək çətindir. Bundan əlavə, ənənəvi impulslu lazerlərin ölçüsü, çəkisi və enerji istehlakı, eləcə də sərt ətraf mühit tələbləri onların əsasən laboratoriya tətbiqlərini məhdudlaşdırır. Bu çətinliklərin öhdəsindən gəlmək üçün bu yaxınlarda ABŞ və Almaniyada çox kiçik, yüksək keyfiyyətli cingiltili rejimli optik boşluqlarda tezlik sabit optik çubuqlar yaratmaq üçün qeyri-xətti effektlərdən istifadə etməklə tədqiqatlara başlanılıb ki, bu da öz növbəsində yüksək tezlikli aşağı səs-küylü mikrodalğalı siqnallar yaradır.
4. opto elektron ossillyator, Şəkil 6.
Şəkil 6. Fotoelektrik birləşdirilmiş osilatorun sxematik diaqramı.
Mikrodalğalı və ya lazer istehsalının ənənəvi üsullarından biri, qapalı dövrədəki qazanc itkidən böyük olduğu müddətcə, öz-özünə həyəcanlanan salınım mikrodalğalı və ya lazer yarada bilər. Qapalı dövrənin keyfiyyət faktoru Q nə qədər yüksəkdirsə, yaradılan siqnal fazası və ya tezlik səs-küyü bir o qədər kiçik olur. Döngənin keyfiyyət faktorunu artırmaq üçün birbaşa yol dövrənin uzunluğunu artırmaq və yayılma itkisini minimuma endirməkdir. Bununla belə, daha uzun bir dövrə adətən çoxsaylı salınım rejimlərinin yaranmasını dəstəkləyə bilər və dar bant genişliyi filtri əlavə edilərsə, tək tezlikli aşağı səs-küylü mikrodalğalı salınım siqnalı əldə edilə bilər. Fotoelektrik qoşulmuş osilator bu ideyaya əsaslanan mikrodalğalı siqnal mənbəyidir, o, lifin aşağı yayılma itkisi xüsusiyyətlərindən tam istifadə edir, dövrənin Q dəyərini yaxşılaşdırmaq üçün daha uzun bir lifdən istifadə edərək çox aşağı fazalı səs-küyə malik mikrodalğalı siqnal yarada bilər. Metod 1990-cı illərdə təklif olunduğundan bəri, bu tip osilator geniş tədqiqat və xeyli inkişaf almışdır və hazırda kommersiya fotoelektrik qoşulmuş osilatorlar mövcuddur. Daha yaxınlarda, tezlikləri geniş diapazonda tənzimlənə bilən fotoelektrik osilatorlar hazırlanmışdır. Bu arxitekturaya əsaslanan mikrodalğalı siqnal mənbələrinin əsas problemi dövrənin uzun olması və onun sərbəst axınındakı (FSR) səs-küyün və ikiqat tezliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artmasıdır. Bundan əlavə, istifadə olunan fotoelektrik komponentlər daha çoxdur, dəyəri yüksəkdir, həcmi azaltmaq çətindir və lif nə qədər uzun olsa, ətraf mühitin təsirinə daha həssas olur.
Yuxarıda mikrodalğalı siqnalların fotoelektron generasiyasının bir neçə üsulu, eləcə də onların üstünlükləri və çatışmazlıqları qısaca təqdim olunur. Nəhayət, mikrodalğalı istehsal etmək üçün fotoelektronlardan istifadənin digər bir üstünlüyü də optik siqnalın optik lif vasitəsilə çox aşağı itki ilə paylana bilməsi, hər istifadə terminalına uzun məsafəli ötürülməsi və sonra mikrodalğalı siqnallara çevrilməsi və elektromaqnit müdaxiləsinə qarşı durma qabiliyyətinin ənənəvi elektron komponentlərə nisbətən xeyli yaxşılaşdırılmasıdır.
Bu məqalə əsasən istinad üçün yazılıb və müəllifin öz tədqiqat təcrübəsi və bu sahədəki təcrübəsi ilə birlikdə qeyri-dəqiqliklər və anlaşılmazlıqlar mövcuddur, xahiş edirəm başa düşün.
Yazı vaxtı: 03 Yanvar 2024