Microwave optoelektronika, sa't de namme al fermoeden docht, is de krusing fan magnetron enoptoelektronika. Mikrogolven en ljochtwellen binne elektromagnetyske weagen, en de frekwinsjes binne in protte oarders fan grutte ferskillen, en de komponinten en technologyen ûntwikkele yn har respektive fjilden binne heul oars. Yn kombinaasje kinne wy fan elkoar profitearje, mar wy kinne nije applikaasjes en skaaimerken krije dy't respektivelik lestich te realisearjen binne.
Optyske kommunikaasjeis in prima foarbyld fan 'e kombinaasje fan mikrogolven en foto-elektroanen. Iere tillefoan en telegraaf draadloze kommunikaasje, it generearjen, fersprieden en ûntfangst fan sinjalen, allegear brûkte mikrofoaveapparaten. Lege frekwinsje elektromagnetyske weagen wurde ynearsten brûkt om't it frekwinsjeberik lyts is en de kanaalkapasiteit foar oerdracht lyts is. De oplossing is om de frekwinsje fan it útstjoerde sinjaal te ferheegjen, hoe heger de frekwinsje, hoe mear spektrumboarnen. Mar de hege frekwinsje sinjaal yn 'e loft fuortplanting ferlies is grut, mar ek maklik wurde blokkearre troch obstakels. As de kabel wurdt brûkt, it ferlies fan de kabel is grut, en lange-ôfstân oerdracht is in probleem. It ûntstean fan glêstriedkommunikaasje is in goede oplossing foar dizze problemen.Optyske fiberhat heul leech oerdrachtferlies en is in poerbêste drager foar it ferstjoeren fan sinjalen oer lange ôfstannen. It frekwinsjeberik fan ljochtwellen is folle grutter dan dat fan mikrogolven en kin in protte ferskillende kanalen tagelyk trochjaan. Fanwegen dizze foardielen fanoptyske oerdracht, glêstriedkommunikaasje is de rêchbonke wurden fan 'e hjoeddeistige ynformaasjeferfier.
Optyske kommunikaasje hat in lange skiednis, ûndersyk en tapassing binne tige wiidweidich en folwoeksen, hjir is net te sizzen mear. Dit papier yntroduseart benammen de nije ûndersyksynhâld fan mikrogolfopto-elektroanika yn 'e lêste jierren oars as optyske kommunikaasje. Mikrogolfopto-elektroanika brûkt benammen de metoaden en technologyen op it mêd fan opto-elektroanika as de drager om de prestaasjes en tapassing te ferbetterjen en te berikken dy't lestich te berikken binne mei tradisjonele elektroanyske komponinten foar magnetron. Fanút it perspektyf fan tapassing omfettet it benammen de folgjende trije aspekten.
De earste is it brûken fan opto-elektroanika om hege-prestaasjes, leech-lûd mikrogolfsignalen te generearjen, fan 'e X-band oant de THz-band.
Twad, magnetron sinjaal ferwurking. Ynklusyf fertraging, filterjen, frekwinsjekonverzje, ûntfangen ensfh.
Tredde, de oerdracht fan analoge sinjalen.
Yn dit artikel yntrodusearret de auteur allinich it earste diel, de generaasje fan magnetronsinjaal. Tradysjonele mikrogolfmilimeterwelle wurdt benammen generearre troch iii_V mikroelektroanyske komponinten. Syn beheiningen hawwe de folgjende punten: As earste, oan hege frekwinsjes lykas 100GHz boppe, tradisjonele microelectronics kinne produsearje minder en minder macht, oan de hegere frekwinsje THz sinjaal, se kinne dwaan neat. Twadder, om fazelûd te ferminderjen en frekwinsjestabiliteit te ferbetterjen, moat it orizjinele apparaat yn in ekstreem lege temperatueromjouwing pleatst wurde. Tredde is it lestich om in breed oanbod fan frekwinsjemodulaasjefrekwinsjekonverzje te berikken. Om dizze problemen op te lossen kin opto-elektroanyske technology in rol spylje. De wichtichste metoaden wurde beskreaun hjirûnder.
1. Troch de ferskilfrekwinsje fan twa ferskillende frekwinsje lasersinjalen wurdt in hege frekwinsje fotodetektor brûkt om mikrogolfsinjalen te konvertearjen, lykas werjûn yn figuer 1.
figuer 1. Skematyske diagram fan microwaves oanmakke troch it ferskil frekwinsje fan twalasers.
De foardielen fan dizze metoade binne ienfâldige struktuer, kin generearje ekstreem hege frekwinsje millimeter weach en sels THz frekwinsje sinjaal, en troch it oanpassen fan de frekwinsje fan de laser kin útfiere in grut oanbod fan flugge frekwinsje ombou, sweep frekwinsje. It neidiel is dat de linewidth of faze lûd fan it ferskil frekwinsje sinjaal generearre troch twa net-relatearre laser sinjalen is relatyf grut, en de frekwinsje stabiliteit is net heech, benammen as in semiconductor laser mei in lyts folume, mar in grutte linewidth (~MHz) is brûkt. As de easken foar it folume fan it systeemgewicht net heech binne, kinne jo lasers mei lege lûd (~ kHz) solid-state brûke,fiber lasers, eksterne holtesemiconductor lasers, ensfh Dêrneist kinne twa ferskillende modus fan laser sinjalen oanmakke yn deselde laser holte ek brûkt wurde om te generearjen in ferskil frekwinsje, sadat de mikrogolf frekwinsje stabiliteit prestaasjes wurdt gâns ferbettere.
2. Om it probleem op te lossen dat de twa lasers yn 'e foarige metoade net gearhingjend binne en it generearre sinjaalfaze-lûd te grut is, kin de gearhing tusken de twa lasers wurde krigen troch de ynjeksjefrekwinsje-skoattelfaze-skoattelmetoade of de negative feedbackfaze slot circuit. Figuer 2 lit in typyske tapassing fan ynjeksje beskoattelje te generearjen mikrogolf multiples (figuer 2). Troch it direkt ynjeksje fan hege frekwinsje hjoeddeistige sinjalen yn in semiconductor laser, of troch it brûken fan in LinBO3-fase modulator, kinne meardere optyske sinjalen fan ferskillende frekwinsjes mei gelikense frekwinsje spacing wurde oanmakke, of optyske frekwinsje kammen. Fansels is de meast brûkte metoade om in breedspektrum optyske frekwinsjekam te krijen, in modus-beskoattele laser te brûken. Elke twa kamsinjalen yn 'e generearre optyske frekwinsjekam wurde selektearre troch filterjen en ynjeksje yn resp. laser 1 en 2 om respektivelik frekwinsje- en fazebeskoatteling te realisearjen. Omdat de faze tusken de ferskillende kam sinjalen fan de optyske frekwinsje kam is relatyf stabyl, sadat de relative faze tusken de twa lasers is stabyl, en dan troch de metoade fan ferskil frekwinsje lykas beskreaun earder, de multi-fold frekwinsje magnetron sinjaal fan de optyske frekwinsje kam werhelling rate kin wurde krigen.
figuer 2. Skematyske diagram fan magnetron frekwinsje ferdûbeling sinjaal oanmakke troch ynjeksje frekwinsje locking.
In oare manier om it relative fazelûd fan 'e twa lasers te ferminderjen is in optyske PLL foar negative feedback te brûken, lykas werjûn yn figuer 3.
figuer 3. Skematyske diagram fan OPL.
It prinsipe fan optyske PLL is fergelykber mei dat fan PLL op it mêd fan elektroanika. It fazeferskil fan 'e twa lasers wurdt omsetten yn in elektrysk sinjaal troch in fotodetektor (lykweardich oan in fazedetektor), en dan wurdt it fazeferskil tusken de twa lasers krigen troch in ferskilfrekwinsje te meitsjen mei in ferwizingsmikrogolfsinjaalboarne, dy't wurdt fersterke en filtere en dan werom nei de frekwinsje kontrôle ienheid fan ien fan de lasers (foar semiconductor lasers, it is de ynjeksje hjoeddeistige). Troch sa'n negative feedback kontrôle lus, de relative frekwinsje faze tusken de twa laser sinjalen is beskoattele ta de referinsje magnetron sinjaal. It kombinearre optyske sinjaal kin dan troch optyske fezels oerbrocht wurde nei in fotodetektor earne oars en omboud ta in mikrogolfsinjaal. It resultearjende fazelûd fan it mikrogolfsinjaal is hast itselde as dat fan it referinsjesinjaal binnen de bânbreedte fan 'e faze-beskoattele negative feedback-lus. De faze lûd bûten de bânbreedte is lyk oan de relative faze lûd fan de oarspronklike twa net-relatearre lasers.
Derneist kin de referinsjeboarne fan 'e mikrogolfsinjaal ek wurde omboud troch oare sinjaalboarnen fia frekwinsjedûbeling, divisorfrekwinsje, of oare frekwinsjeferwurking, sadat it mikrogolfsinjaal mei legere frekwinsje multidûbeld wurde kin, of omboud ta hege frekwinsje RF, THz-sinjalen.
Yn ferliking mei ynjeksje frekwinsje locking kin allinnich krije frekwinsje ferdûbeling, faze-beskoattele loops binne fleksibeler, kin produsearje hast willekeurige frekwinsjes, en fansels mear komplekser. Bygelyks, de optyske frekwinsje kam generearre troch de fotoelektryske modulator yn figuer 2 wurdt brûkt as de ljocht boarne, en de optyske faze-beskoattele lus wurdt brûkt om selektyf slot de frekwinsje fan de twa lasers oan de twa optyske kam sinjalen, en dan generearje hege frekwinsje sinjalen troch it ferskil frekwinsje, lykas werjûn yn figuer 4. f1 en f2 binne de referinsje sinjaal frekwinsjes fan de twa PLLS respektivelik, en in magnetron sinjaal fan N * frep + f1 + f2 kin wurde oanmakke troch it ferskil frekwinsje tusken de twa lasers.
figuer 4. Skematyske diagram fan it generearjen fan willekeurige frekwinsjes mei help fan optyske frekwinsje kammen en PLLS.
3. Brûk modus-beskoattele puls laser te konvertearjen optyske puls sinjaal yn magnetron sinjaal trochfotodetektor.
It wichtichste foardiel fan dizze metoade is dat in sinjaal mei heul goede frekwinsjestabiliteit en heul lege fazelûd kin wurde krigen. Troch it beskoatteljen fan de frekwinsje fan 'e laser oan in tige stabyl atoom- en molekulêre oergongspektrum, as in ekstreem stabile optyske holte, en it gebrûk fan frekwinsjeferskowing en oare technologyen fan sels ferdûbeling fan frekwinsje-eliminaasjesysteem, kinne wy in heul stabyl optysk pulssignaal krije mei in heul stabile werhellingsfrekwinsje, om in mikrogolfsinjaal te krijen mei ultra-leech fazelûd. figuer 5.
figuer 5. Ferliking fan relative faze lûd fan ferskillende sinjaal boarnen.
Lykwols, omdat de pols werhelling taryf is omkearde evenredich mei de holte lingte fan de laser, en de tradisjonele modus-beskoattele laser is grut, is it dreech te krijen hege frekwinsje magnetron sinjalen direkt. Derneist beheine de grutte, gewicht en enerzjyferbrûk fan tradisjonele pulsearre lasers, lykas de hurde miljeu-easken, har benammen laboratoariumapplikaasjes. Om dizze swierrichheden te oerwinnen, is ûndersyk koartlyn begon yn 'e Feriene Steaten en Dútslân mei net-lineêre effekten om frekwinsjestabile optyske kammen te generearjen yn heul lytse optyske holtes fan' e chirp-modus, dy't op har beurt hege frekwinsje mei leech lûd mikrogolfsignalen generearje.
4. opto elektroanyske oscillator, figuer 6.
figuer 6. Skematyske diagram fan photoelectric keppele oscillator.
Ien fan 'e tradisjonele metoaden foar it generearjen fan mikrogolven of lasers is om in selsfeedback sletten lus te brûken, sa lang as de winst yn' e sletten lus grutter is as it ferlies, kin de sels-opteinende oscillaasje mikrogolven of lasers produsearje. Hoe heger de kwaliteitsfaktor Q fan 'e sletten lus, hoe lytser de generearre sinjaalfaze of frekwinsjelûd. Om de kwaliteitsfaktor fan 'e loop te ferheegjen, is de direkte manier om de looplingte te fergrutsjen en it fuortplantingsferlies te minimalisearjen. In langere lus kin lykwols meastal de generaasje fan meardere oscillaasjemodi stypje, en as in filter foar smelle bânbreedte wurdt tafoege, kin in single-frekwinsje low-noise mikrogolfoscillaasjesinjaal wurde krigen. Photoelectric keppele oscillator is in magnetron sinjaal boarne basearre op dit idee, it makket folslein gebrûk fan de fiber syn lege fuortplanting ferlies skaaimerken, mei help fan in langere glêstried te ferbetterjen de loop Q wearde, kin produsearje in magnetron sinjaal mei hiel lege faze lûd. Sûnt de metoade waard foarsteld yn de jierren 1990, dit soarte fan oscillator hat krigen wiidweidich ûndersyk en flinke ûntwikkeling, en der binne op it stuit kommersjele photoelectric keppele oscillators. Mear resint binne fotoelektryske oscillators ûntwikkele wêrfan de frekwinsjes kinne wurde oanpast oer in breed berik. It wichtichste probleem fan magnetron sinjaal boarnen basearre op dizze arsjitektuer is dat de lus is lang, en it lûd yn syn frije stream (FSR) en syn dûbele frekwinsje sil gâns ferhege. Derneist binne de brûkte fotoelektryske komponinten mear, de kosten binne heech, it folume is lestich te ferminderjen, en de langere glêstried is gefoeliger foar miljeufersteuring.
It boppesteande koart yntrodusearret ferskate metoaden fan photoelectron generaasje fan magnetron sinjalen, likegoed as harren foardielen en neidielen. Uteinlik hat it gebrûk fan foto-elektroanen om mikrofoave te produsearjen in oar foardiel is dat it optyske sinjaal kin wurde ferspraat fia de optyske glêstried mei heul leech ferlies, oerdracht op lange ôfstân nei elke gebrûksterminal en dan omboud ta mikrogolfsinjalen, en de mooglikheid om elektromagnetysk te wjerstean. ynterferinsje is signifikant ferbettere as tradisjonele elektroanyske komponinten.
It skriuwen fan dit artikel is benammen foar referinsje, en kombinearre mei de eigen ûndersyksûnderfining en ûnderfining fan 'e auteur op dit fjild, binne d'r ûnkrektens en ûnbegryplikens, begryp asjebleaft.
Post tiid: Jan-03-2024