Mikrodalğalı optoelektronika, adından da göründüyü kimi, mikrodalğalı sobanın kəsişməsidiroptoelektronika.Mikrodalğalı sobalar və işıq dalğaları elektromaqnit dalğalarıdır və tezliklər müxtəlif böyüklük sırasına malikdir və onların müvafiq sahələrində hazırlanmış komponentlər və texnologiyalar çox fərqlidir.Birlikdə biz bir-birimizdən faydalana bilərik, lakin müvafiq olaraq həyata keçirilməsi çətin olan yeni tətbiqlər və xüsusiyyətlər əldə edə bilərik.
Optik rabitəmikrodalğalı sobaların və fotoelektronların birləşməsinin ən yaxşı nümunəsidir.Erkən telefon və teleqraf simsiz rabitəsi, siqnalların yaradılması, yayılması və qəbulu, bütün istifadə olunan mikrodalğalı cihazlar.Aşağı tezlikli elektromaqnit dalğaları əvvəlcə istifadə olunur, çünki tezlik diapazonu kiçikdir və ötürülmə üçün kanal tutumu kiçikdir.Həll yolu ötürülən siqnalın tezliyini artırmaqdır, tezlik nə qədər yüksəkdirsə, spektr resursları bir o qədər çox olur.Lakin hava yayılma itkisindəki yüksək tezlikli siqnal böyükdür, eyni zamanda maneələrlə bağlanmaq asandır.Kabel istifadə edilərsə, kabelin itkisi böyükdür və uzun məsafələrə ötürülməsi problem yaradır.Fiber optik rabitənin yaranması bu problemlərin yaxşı həllidir.Optik lifçox aşağı ötürmə itkisinə malikdir və siqnalları uzun məsafələrə ötürmək üçün əla daşıyıcıdır.İşıq dalğalarının tezlik diapazonu mikrodalğalı sobaların tezlik diapazonundan qat-qat böyükdür və eyni vaxtda bir çox müxtəlif kanalları ötürə bilər.Bu üstünlüklərinə görəoptik ötürmə, optik lif rabitəsi günümüzün informasiya ötürülməsinin əsasına çevrilmişdir.
Optik rabitə uzun bir tarixə malikdir, tədqiqat və tətbiqi çox geniş və yetkindir, burada daha çox şey söyləmək olmaz.Bu məqalə əsasən optik rabitədən başqa son illərdə mikrodalğalı optoelektronikanın yeni tədqiqat məzmununu təqdim edir.Mikrodalğalı optoelektronika, ənənəvi mikrodalğalı elektron komponentlərlə əldə etmək çətin olan performans və tətbiqi yaxşılaşdırmaq və əldə etmək üçün daşıyıcı kimi əsasən optoelektronika sahəsində üsul və texnologiyalardan istifadə edir.Tətbiq baxımından o, əsasən aşağıdakı üç aspekti əhatə edir.
Birincisi, X diapazonundan THz diapazonuna qədər yüksək performanslı, aşağı səs-küylü mikrodalğalı siqnalların yaradılması üçün optoelektronikanın istifadəsidir.
İkincisi, mikrodalğalı siqnalın işlənməsi.O cümlədən gecikmə, filtrləmə, tezliyə çevrilmə, qəbul etmə və s.
Üçüncüsü, analoq siqnalların ötürülməsi.
Bu məqalədə müəllif yalnız birinci hissəni, mikrodalğalı siqnalın yaradılmasını təqdim edir.Ənənəvi mikrodalğalı millimetr dalğası əsasən iii_V mikroelektronik komponentlər tərəfindən yaradılır.Onun məhdudiyyətləri aşağıdakı məqamlara malikdir: Birincisi, yuxarıdakı 100 GHz kimi yüksək tezliklərə, ənənəvi mikroelektronika daha az və daha az güc istehsal edə bilər, daha yüksək tezlikli THz siqnalına isə heç bir şey edə bilməz.İkincisi, faza səs-küyünü azaltmaq və tezlik sabitliyini yaxşılaşdırmaq üçün orijinal cihazı son dərəcə aşağı temperatur mühitində yerləşdirmək lazımdır.Üçüncüsü, geniş diapazonlu tezlik modulyasiyasının tezliyinin çevrilməsinə nail olmaq çətindir.Bu problemləri həll etmək üçün optoelektronik texnologiya rol oynaya bilər.Əsas üsullar aşağıda təsvir edilmişdir.
1. Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, iki müxtəlif tezlikli lazer siqnalının fərq tezliyi vasitəsilə mikrodalğalı siqnalları çevirmək üçün yüksək tezlikli fotodetektordan istifadə edilir.
Şəkil 1. İki fərq tezliyi ilə yaranan mikrodalğaların sxematik diaqramılazerlər.
Bu metodun üstünlükləri sadə quruluşdur, son dərəcə yüksək tezlikli millimetr dalğası və hətta THz tezlik siqnalı yarada bilər və lazerin tezliyini tənzimləyərək geniş diapazonda sürətli tezlik dönüşümü, süpürmə tezliyi həyata keçirə bilər.Dezavantaj ondan ibarətdir ki, bir-biri ilə əlaqəsi olmayan iki lazer siqnalı tərəfindən yaradılan fərq tezlik siqnalının xətti eni və ya faza səs-küyü nisbətən böyükdür və tezlik sabitliyi yüksək deyil, xüsusən kiçik həcmli, lakin xəttin genişliyi (~MHz) olan yarımkeçirici lazer. istifadə olunur.Əgər sistem çəkisinin həcmi tələbləri yüksək deyilsə, siz aşağı səs-küylü (~kHz) bərk vəziyyətdə olan lazerlərdən istifadə edə bilərsiniz,fiber lazerlər, xarici boşluqyarımkeçirici lazerlər, və s. Bundan əlavə, eyni lazer boşluğunda yaradılan lazer siqnallarının iki müxtəlif rejimi də fərq tezliyi yaratmaq üçün istifadə edilə bilər ki, mikrodalğalı tezlik sabitliyi performansı xeyli yaxşılaşır.
2. Əvvəlki üsuldakı iki lazerin uyğunsuzluğu və yaranan siqnal fazasının səs-küyünün çox böyük olması problemini həll etmək üçün iki lazer arasındakı uyğunluq enjeksiyon tezliyinin kilidləmə mərhələsinin kilidləmə üsulu və ya mənfi rəy mərhələsi ilə əldə edilə bilər. kilidləmə dövrəsi.Şəkil 2-də mikrodalğalı çoxalmaların yaradılması üçün injection kilidləmənin tipik tətbiqi göstərilir (Şəkil 2).Yarımkeçirici lazerə yüksək tezlikli cərəyan siqnallarını birbaşa yeritməklə və ya LinBO3 fazalı modulyatordan istifadə etməklə bərabər tezlik aralığına malik müxtəlif tezliklərin çoxsaylı optik siqnalları və ya optik tezlik daraqları yaradıla bilər.Əlbəttə ki, geniş spektrli optik tezlik tarağı əldə etmək üçün ən çox istifadə edilən üsul rejim kilidli lazerdən istifadə etməkdir.Yaradılmış optik tezlik daraqındakı hər hansı iki daraq siqnalı filtrasiya yolu ilə seçilir və müvafiq olaraq tezlik və faza kilidlənməsini həyata keçirmək üçün müvafiq olaraq lazer 1 və 2-yə vurulur.Optik tezlik tarağının müxtəlif daraq siqnalları arasındakı faza nisbətən sabit olduğundan, iki lazer arasındakı nisbi faza sabitdir və sonra əvvəl təsvir edildiyi kimi fərq tezliyi üsulu ilə, çox qatlı tezlikli mikrodalğalı siqnal optik tezlik daraqlarının təkrarlanma sürəti əldə edilə bilər.
Şəkil 2. Enjeksiyon tezliyinin kilidlənməsi ilə yaradılan mikrodalğalı tezlik ikiqat siqnalının sxematik diaqramı.
İki lazerin nisbi faza səs-küyünü azaltmağın başqa bir yolu Şəkil 3-də göstərildiyi kimi mənfi rəy optik PLL-dən istifadə etməkdir.
Şəkil 3. OPL-nin sxematik diaqramı.
Optik PLL prinsipi elektronika sahəsindəki PLL prinsipinə bənzəyir.İki lazerin faza fərqi fotodetektor (faza detektoruna ekvivalent) tərəfindən elektrik siqnalına çevrilir və sonra gücləndirilən istinad mikrodalğalı siqnal mənbəyi ilə fərq tezliyi yaratmaqla iki lazer arasındakı faza fərqi əldə edilir. və süzülür və sonra lazerlərdən birinin tezlik idarəetmə blokuna qaytarılır (yarımkeçirici lazerlər üçün bu, enjeksiyon cərəyanıdır).Belə bir mənfi əks əlaqə nəzarət dövrəsi vasitəsilə iki lazer siqnalı arasındakı nisbi tezlik fazası istinad mikrodalğalı siqnala bağlanır.Birləşdirilmiş optik siqnal daha sonra optik liflər vasitəsilə başqa yerdəki fotodetektora ötürülə və mikrodalğalı siqnala çevrilə bilər.Mikrodalğalı siqnalın yaranan faza səs-küyü, faza bağlı mənfi əks əlaqə dövrəsinin bant genişliyi daxilində istinad siqnalının səs-küyü ilə demək olar ki, eynidir.Bant genişliyindən kənarda olan faza səs-küyü orijinal iki əlaqəsiz lazerin nisbi faza səs-küyünə bərabərdir.
Bundan əlavə, istinad mikrodalğalı siqnal mənbəyi digər siqnal mənbələri tərəfindən tezliyi ikiqat artırma, bölücü tezlik və ya digər tezlik emalı yolu ilə çevrilə bilər, beləliklə, aşağı tezlikli mikrodalğalı siqnal ikiqat artırıla bilər və ya yüksək tezlikli RF, THz siqnallarına çevrilə bilər.
Enjeksiyon tezliyinin kilidlənməsi ilə müqayisədə yalnız ikiqat tezlik əldə edə bilərsiniz, faza kilidli döngələr daha çevikdir, demək olar ki, ixtiyari tezliklər yarada bilər və əlbəttə ki, daha mürəkkəbdir.Məsələn, Şəkil 2-dəki fotoelektrik modulator tərəfindən yaradılan optik tezlik darağını işıq mənbəyi kimi istifadə olunur və optik faza kilidli döngə iki lazerin tezliyini iki optik daraq siqnalına selektiv şəkildə bağlamaq və sonra yaratmaq üçün istifadə olunur. Şəkil 4-də göstərildiyi kimi, fərq tezliyi vasitəsilə yüksək tezlikli siqnallar. f1 və f2 müvafiq olaraq iki PLLS-in istinad siqnal tezlikləridir və N*frep+f1+f2 mikrodalğalı siqnalı, tezlik fərqi ilə yaradıla bilər. iki lazer.
Şəkil 4. Optik tezlik daraqlarından və PLLS-dən 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 sabitliyinə və çox aşağı faza səs-küyünə malik siqnal əldə edilə bilər.Lazerin tezliyini çox sabit atomik və molekulyar keçid spektrinə və ya son dərəcə sabit optik boşluğa bağlamaq və özünü ikiqat tezlik aradan qaldırma sisteminin tezlik sürüşməsi və digər texnologiyalardan istifadə etməklə, biz çox sabit optik impuls siqnalı əldə edə bilərik. ultra aşağı faza səs-küyü ilə mikrodalğalı siqnal əldə etmək üçün çox sabit təkrar tezliyi.Şəkil 5.
Şəkil 5. Müxtəlif siqnal mənbələrinin nisbi faza səs-küyünün müqayisəsi.
Bununla belə, nəbzin təkrarlanma sürəti lazerin boşluğunun uzunluğu ilə tərs mütənasib olduğundan və ənənəvi rejim kilidli lazer böyük olduğundan, yüksək tezlikli mikrodalğalı siqnalları birbaşa əldə etmək çətindir.Bundan əlavə, ənənəvi impuls lazerlərinin ölçüsü, çəkisi və enerji istehlakı, eləcə də sərt ekoloji tələblər onların əsasən laboratoriya tətbiqlərini məhdudlaşdırır.Bu çətinliklərin öhdəsindən gəlmək üçün bu yaxınlarda ABŞ və Almaniyada qeyri-xətti effektlərdən istifadə etməklə çox kiçik, yüksək keyfiyyətli cik-cik rejimli optik boşluqlarda tezliyə sabit optik daraqlar yaratmaq üçün tədqiqatlara başlanılıb və bu da öz növbəsində yüksək tezlikli aşağı səs-küylü mikrodalğalı siqnallar yaradır.
4. opto elektron osilator, Şəkil 6.
Şəkil 6. Fotoelektrik birləşdirilmiş osilatorun sxematik diaqramı.
Mikrodalğalı sobaların və ya lazerlərin yaradılmasının ənənəvi üsullarından biri, qapalı döngədə qazanc itkidən daha çox olduğu müddətcə, öz-özünə əks əlaqə qapalı dövrəsindən istifadə etməkdir, öz-özünə həyəcanlanan salınım mikrodalğalı sobalar və ya lazerlər yarada bilər.Qapalı dövrənin keyfiyyət əmsalı Q nə qədər yüksək olarsa, yaranan siqnal fazası və ya tezlik səs-küyü bir o qədər kiçik olar.Döngənin keyfiyyət amilini artırmaq üçün birbaşa yol döngənin uzunluğunu artırmaq və yayılma itkisini minimuma endirməkdir.Bununla belə, daha uzun bir dövrə adətən çoxlu salınım rejiminin yaradılmasını dəstəkləyə bilər və dar bant genişliyi filtri əlavə edilərsə, bir tezlikli aşağı səs-küylü mikrodalğalı salınım siqnalı əldə edilə bilər.Fotoelektrik birləşdirilmiş osilator bu fikrə əsaslanan mikrodalğalı siqnal mənbəyidir, o, lifin aşağı yayılma itkisi xüsusiyyətlərindən tam istifadə edir, loop Q dəyərini yaxşılaşdırmaq üçün daha uzun lifdən istifadə edir, çox aşağı faza səs-küyü ilə mikrodalğalı siqnal yarada bilər.Metod 1990-cı illərdə təklif olunduğundan, bu tip osilatorlar geniş tədqiqatlar və əhəmiyyətli inkişaflar əldə etmişdir və hazırda kommersiya fotoelektrik birləşdirilmiş osilatorlar mövcuddur.Bu yaxınlarda, tezlikləri geniş diapazonda tənzimlənə bilən fotoelektrik osilatorlar hazırlanmışdır.Bu arxitekturaya əsaslanan mikrodalğalı siqnal mənbələrinin əsas problemi döngənin uzun olmasıdır və onun sərbəst axınında (FSR) səs-küy və onun ikiqat tezliyi əhəmiyyətli dərəcədə artacaqdır.Bundan əlavə, istifadə olunan fotoelektrik komponentlər daha çoxdur, dəyəri yüksəkdir, həcmi azaltmaq çətindir və daha uzun lif ətraf mühitin pozulmasına daha həssasdır.
Yuxarıda qısaca olaraq mikrodalğalı siqnalların fotoelektron generasiyasının bir neçə üsulları, eləcə də onların üstünlükləri və mənfi cəhətləri təqdim olunur.Nəhayət, mikrodalğalı soba istehsal etmək üçün fotoelektronlardan istifadənin başqa bir üstünlüyü də ondan ibarətdir ki, optik siqnal çox az itki ilə optik lif vasitəsilə paylana bilər, hər istifadə terminalına uzun məsafələrə ötürülür və sonra mikrodalğalı siqnallara çevrilə bilər və elektromaqnit dalğalarına qarşı müqavimət göstərə bilər. müdaxilə ənənəvi elektron komponentlərə nisbətən əhəmiyyətli dərəcədə təkmilləşdirilmişdir.
Bu məqalənin yazılması əsasən istinad üçündür və müəllifin öz tədqiqat təcrübəsi və bu sahədəki təcrübəsi ilə birləşərək, qeyri-dəqiqliklər və anlaşılmazlıqlar var, anlayın.
Göndərmə vaxtı: 03 yanvar 2024-cü il