Микротолқынды оптоэлектроника, аты айтып тұрғандай, микротолқынды пеш пен қиылысы болып табыладыоптоэлектроника.Микротолқындар мен жарық толқындары электромагниттік толқындар болып табылады, ал жиіліктердің әртүрлі дәрежелері бар, ал олардың тиісті салаларында әзірленген компоненттер мен технологиялар өте әртүрлі.Комбинацияда біз бір-біріміздің артықшылығымызды пайдалана аламыз, бірақ сәйкесінше жүзеге асыру қиын болатын жаңа қолданбалар мен сипаттамалар аламыз.
Оптикалық байланысмикротолқындар мен фотоэлектрондардың қосындысының тамаша мысалы болып табылады.Ерте телефондық және телеграфтық сымсыз байланыс, сигналдарды генерациялау, тарату және қабылдау, барлық пайдаланылған микротолқынды құрылғылар.Төмен жиілікті электромагниттік толқындар бастапқыда жиілік диапазоны шағын және тарату арнасының сыйымдылығы аз болғандықтан қолданылады.Шешім - берілетін сигналдың жиілігін арттыру, жиілік неғұрлым жоғары болса, спектр ресурстары соғұрлым көп болады.Бірақ ауаның таралу жоғалуындағы жоғары жиілікті сигнал үлкен, бірақ сонымен бірге кедергілермен оңай жабылады.Кабель пайдаланылса, кабельдің жоғалуы үлкен, ал алыс қашықтыққа жіберу проблема болып табылады.Оптикалық талшықты байланыстың пайда болуы осы мәселелердің жақсы шешімі болып табылады.Оптикалық талшықберу жоғалтуы өте төмен және сигналдарды ұзақ қашықтыққа жіберу үшін тамаша тасымалдаушы болып табылады.Жарық толқындарының жиілік диапазоны микротолқындарға қарағанда әлдеқайда үлкен және бір уақытта көптеген әртүрлі арналарды тарата алады.Осы артықшылықтардың арқасындаоптикалық беріліс, талшықты-оптикалық байланыс бүгінгі ақпаратты берудің негізіне айналды.
Оптикалық байланыстың ұзақ тарихы бар, зерттеулер мен қолдану өте кең және жетілген, бұл жерде артық айтпаған жөн.Бұл жұмыс негізінен соңғы жылдардағы оптикалық байланыстан басқа микротолқынды оптоэлектрониканың жаңа зерттеу мазмұнымен таныстырады.Микротолқынды оптоэлектроника негізінен дәстүрлі микротолқынды электронды компоненттермен қол жеткізу қиын өнімділік пен қолдануды жақсарту және қол жеткізу үшін тасымалдаушы ретінде оптоэлектроника саласындағы әдістер мен технологияларды пайдаланады.Қолдану тұрғысынан ол негізінен келесі үш аспектіні қамтиды.
Біріншісі - X диапазонынан THz диапазонына дейін жоғары өнімді, төмен шуыл микротолқынды сигналдарды генерациялау үшін оптоэлектрониканы пайдалану.
Екіншіден, микротолқынды сигналдарды өңдеу.Соның ішінде кідірту, сүзу, жиілікті түрлендіру, қабылдау және т.б.
Үшіншіден, аналогтық сигналдарды беру.
Бұл мақалада автор тек бірінші бөлімді, микротолқынды сигналдың генерациясын ұсынады.Дәстүрлі микротолқынды миллиметрлік толқын негізінен iii_V микроэлектрондық компоненттермен жасалады.Оның шектеулерінің келесі тармақтары бар: Біріншіден, жоғары жиіліктегі 100 ГГц сияқты дәстүрлі микроэлектроника аз және аз қуат шығара алады, жоғары жиіліктегі THz сигналына олар ештеңе істей алмайды.Екіншіден, фазалық шуды азайту және жиілік тұрақтылығын жақсарту үшін түпнұсқа құрылғыны өте төмен температуралы ортаға орналастыру керек.Үшіншіден, жиілікті модуляция жиілігін түрлендірудің кең ауқымына қол жеткізу қиын.Бұл мәселелерді шешу үшін оптоэлектронды технология рөл атқара алады.Негізгі әдістер төменде сипатталған.
1. 1-суретте көрсетілгендей екі түрлі жиілікті лазерлік сигналдардың айырмашылық жиілігі арқылы микротолқынды сигналдарды түрлендіру үшін жоғары жиілікті фотодетектор қолданылады.
Сурет 1. Екі жиіліктің айырмашылығынан туындаған микротолқындардың схемалық диаграммасылазерлер.
Бұл әдістің артықшылықтары қарапайым құрылым болып табылады, өте жоғары жиілікті миллиметрлік толқынды және тіпті THz жиілік сигналын генерациялай алады және лазер жиілігін реттеу арқылы жылдам жиілікті түрлендірудің үлкен диапазонын, сыпыру жиілігін жүзеге асыра алады.Кемшілігі екі өзара байланыссыз лазерлік сигналдар тудыратын жиілік айырмашылығы сигналының желілік ені немесе фазалық шуы салыстырмалы түрде үлкен және жиілік тұрақтылығы жоғары емес, әсіресе көлемі аз, бірақ желі ені үлкен жартылай өткізгіш лазер (~МГц) пайдаланылады.Жүйе салмағының көлеміне қойылатын талаптар жоғары болмаса, төмен шуыл (~кГц) қатты күйдегі лазерлерді,талшықты лазерлер, сыртқы қуысжартылай өткізгіш лазерлер, және т.б. Сонымен қатар, бір лазер қуысында жасалған лазерлік сигналдардың екі түрлі режимі де айырмашылық жиілігін жасау үшін пайдаланылуы мүмкін, осылайша микротолқынды жиілік тұрақтылығының өнімділігі айтарлықтай жақсарады.
2. Алдыңғы әдістегі екі лазердің когерентсіздігі және туындаған сигнал фазасының шуы тым үлкен деген мәселені шешу үшін екі лазер арасындағы когерентті инъекция жиілігін құлыптау фазасын құлыптау әдісі немесе теріс кері байланыс фазасы арқылы алуға болады. құлыптау тізбегі.2-суретте микротолқынды көбейткіштерді генерациялау үшін инъекциялық құлыптауды әдеттегі қолдану көрсетілген (2-сурет).Жартылай өткізгішті лазерге жоғары жиілікті ток сигналдарын тікелей енгізу арқылы немесе LinBO3-фазалық модуляторды пайдалану арқылы бірдей жиілік аралықтары бар әртүрлі жиіліктегі бірнеше оптикалық сигналдарды немесе оптикалық жиілік тарақтарын жасауға болады.Әрине, кең спектрлі оптикалық жиілік тарағын алудың жиі қолданылатын әдісі режимді бұғатталған лазерді пайдалану болып табылады.Жасалған оптикалық жиілік тарағындағы кез келген екі тарақ сигналы сүзу арқылы таңдалады және сәйкесінше жиілік пен фазалық құлыптауды жүзеге асыру үшін 1 және 2 лазеріне енгізіледі.Оптикалық жиілік тарағының әртүрлі тарақ сигналдары арасындағы фаза салыстырмалы түрде тұрақты болғандықтан, екі лазер арасындағы салыстырмалы фаза тұрақты болады, содан кейін бұрын сипатталғандай айырмашылық жиілігі әдісімен көп есе жиіліктегі микротолқынды сигнал оптикалық жиілік тарағының қайталану жылдамдығын алуға болады.
Сурет 2. Инъекция жиілігін құлыптау арқылы жасалған микротолқынды жиілікті екі есе арттыру сигналының схемалық диаграммасы.
Екі лазердің салыстырмалы фазалық шуды азайтудың тағы бір жолы 3-суретте көрсетілгендей теріс кері байланыс оптикалық PLL пайдалану болып табылады.
Сурет 3. OPL схемалық диаграммасы.
Оптикалық PLL принципі электроника саласындағы PLL принципіне ұқсас.Екі лазердің фазалық айырмасы фотодетектор арқылы электрлік сигналға түрлендіріледі (фазалық детекторға тең), содан кейін екі лазер арасындағы фазалар айырмасы күшейтілетін эталондық микротолқынды сигнал көзімен айырмашылық жиілігін жасау арқылы алынады. және сүзгіден өткізіліп, содан кейін лазерлердің бірінің жиілікті басқару блогына қайтарылады (жартылай өткізгіш лазерлер үшін бұл инъекция тогы).Осындай теріс кері байланысты басқару циклі арқылы екі лазерлік сигналдар арасындағы салыстырмалы жиілік фазасы анықтамалық микротолқынды сигналға бекітіледі.Одан кейін біріктірілген оптикалық сигналды оптикалық талшықтар арқылы басқа жерде фотодетекторға жіберуге және микротолқынды сигналға айналдыруға болады.Микротолқынды сигналдың нәтижесінде пайда болатын фазалық шу фазалық құлыпталған теріс кері байланыс контурының өткізу жолағындағы анықтамалық сигналмен дерлік бірдей.Өткізу жолағынан тыс фазалық шу бастапқы екі байланыссыз лазердің салыстырмалы фазалық шуына тең.
Сонымен қатар, микротолқынды сигнал көзін басқа сигнал көздері жиілікті қосарлау, бөлгіш жиілік немесе басқа жиілікті өңдеу арқылы түрлендіруге болады, осылайша төменгі жиілікті микротолқынды сигнал бірнеше еселенеді немесе жоғары жиілікті RF, THz сигналдарына түрленеді.
Инъекция жиілігін құлыптаумен салыстырғанда жиілікті екі еселеуге ғана қол жеткізуге болады, фазалық құлыпталған ілмектер икемді, еркін дерлік жиіліктерді шығара алады және, әрине, күрделірек.Мысалы, 2-суреттегі фотоэлектрлік модулятор арқылы жасалған оптикалық жиілік тарағы жарық көзі ретінде пайдаланылады, ал оптикалық фазалық құлыпталған контур екі лазердің жиілігін екі оптикалық тарақ сигналына таңдамалы түрде құлыптау үшін пайдаланылады, содан кейін 4-суретте көрсетілгендей айырмашылық жиілігі арқылы жоғары жиілікті сигналдар. f1 және f2 сәйкесінше екі PLLS-тің эталондық сигнал жиіліктері болып табылады және N*frep+f1+f2 микротолқынды сигналы арасындағы айырмашылық жиілік арқылы жасалуы мүмкін. екі лазер.
Сурет 4. Оптикалық жиілік тарақтары мен PLLS көмегімен ерікті жиіліктерді генерациялаудың схемалық диаграммасы.
3. Оптикалық импульстік сигналды микротолқынды сигналға түрлендіру үшін режим құлыпталған импульстік лазерді пайдаланыңызфотодетектор.
Бұл әдістің басты артықшылығы өте жақсы жиілік тұрақтылығы және өте төмен фазалық шуы бар сигналды алуға болады.Лазердің жиілігін өте тұрақты атомдық және молекулалық ауысу спектріне немесе өте тұрақты оптикалық қуысқа құлыптау арқылы және жиілікті өздігінен екі еселенетін жою жүйесін жиілікті ауыстыруды және басқа технологияларды қолдану арқылы біз өте тұрақты оптикалық импульстік сигнал ала аламыз. ультра төмен фазалық шуы бар микротолқынды сигнал алу үшін өте тұрақты қайталану жиілігі.5-сурет.
Сурет 5. Әртүрлі сигнал көздерінің салыстырмалы фазалық шуын салыстыру.
Дегенмен, импульстің қайталану жылдамдығы лазердің қуысының ұзындығына кері пропорционалды болғандықтан және дәстүрлі режимде құлыпталған лазер үлкен болғандықтан, жоғары жиілікті микротолқынды сигналдарды тікелей алу қиын.Сонымен қатар, дәстүрлі импульстік лазерлердің өлшемі, салмағы және энергия тұтынуы, сондай-ақ қатаң экологиялық талаптар олардың негізінен зертханалық қолдануын шектейді.Осы қиындықтарды жеңу үшін жақында Америка Құрама Штаттарында және Германияда өте кішкентай, жоғары сапалы шырылдау режиміндегі оптикалық қуыстарда жиілікке тұрақты оптикалық тарақтарды генерациялау үшін сызықты емес әсерлерді қолдану арқылы зерттеулер басталды, бұл өз кезегінде жоғары жиілікті төмен шулы микротолқынды сигналдарды жасайды.
4. оптикалық электронды осциллятор, 6-сурет.
Сурет 6. Фотоэлектрлік қосылатын осциллятордың схемалық диаграммасы.
Микротолқынды пештерді немесе лазерлерді генерациялаудың дәстүрлі әдістерінің бірі өздігінен кері байланысты жабық контурды пайдалану болып табылады, егер жабық контурдағы пайда жоғалтудан көп болса, өздігінен қозғалатын тербеліс микротолқынды пештерді немесе лазерлерді тудыруы мүмкін.Жабық контурдың Q сапа коэффициенті неғұрлым жоғары болса, генерацияланған сигнал фазасы немесе жиілік шуы соғұрлым аз болады.Циклдің сапа факторын жоғарылату үшін тікелей жол - цикл ұзындығын ұлғайту және таралу жоғалуын барынша азайту.Дегенмен, ұзағырақ цикл әдетте тербелістің бірнеше режимдерін генерациялауды қолдай алады және егер тар жолақты сүзгі қосылса, бір жиілікті төмен шулы микротолқынды тербеліс сигналын алуға болады.Фотоэлектрлік қосылатын осциллятор осы идеяға негізделген микротолқынды сигнал көзі болып табылады, ол талшықтың төмен таралу жоғалу сипаттамаларын толық пайдаланады, Q контурының мәнін жақсарту үшін ұзағырақ талшықты пайдаланады, өте төмен фазалық шуы бар микротолқынды сигнал шығара алады.Әдіс 1990 жылдары ұсынылғандықтан, осциллятордың бұл түрі ауқымды зерттеулер мен айтарлықтай әзірлемелерді алды және қазіргі уақытта коммерциялық фотоэлектрлік осцилляторлар бар.Жақында жиіліктері кең диапазонда реттелетін фотоэлектрлік осцилляторлар жасалды.Осы архитектураға негізделген микротолқынды сигнал көздерінің негізгі мәселесі - контурдың ұзақ болуы және оның еркін ағынындағы шу (FSR) және оның қос жиілігі айтарлықтай артады.Сонымен қатар, қолданылатын фотоэлектрлік компоненттер көбірек, құны жоғары, көлемін азайту қиын, ал ұзын талшық қоршаған ортаның бұзылуына сезімтал.
Жоғарыда қысқаша түрде микротолқынды сигналдарды фотоэлектрондық генерациялаудың бірнеше әдістерімен, сондай-ақ олардың артықшылықтары мен кемшіліктерімен таныстырады.Соңында, микротолқынды пешті өндіру үшін фотоэлектрондарды пайдаланудың тағы бір артықшылығы бар: оптикалық сигнал өте аз шығынмен оптикалық талшық арқылы таратылуы мүмкін, әр пайдалану терминалына ұзақ қашықтыққа беріліп, содан кейін микротолқынды сигналдарға түрленеді және электромагниттік толқындарға қарсы тұру мүмкіндігі. кедергі дәстүрлі электронды құрамдас бөліктерге қарағанда айтарлықтай жақсарды.
Бұл мақаланың жазылуы негізінен анықтамалық болып табылады және автордың осы саладағы жеке зерттеу тәжірибесімен және тәжірибесімен үйлескенде, дәлсіздіктер мен түсініксіздіктер бар, түсініңіз.
Жіберу уақыты: 03 қаңтар 2024 ж