Optoelektronikë me mikrovalë, siç sugjeron emri, është kryqëzimi i mikrovalës dheoptoelektronikë. Mikrovalët dhe valët e lehta janë valë elektromagnetike, dhe frekuencat janë shumë urdhëra të madhësisë të ndryshme, dhe përbërësit dhe teknologjitë e zhvilluara në fushat e tyre përkatëse janë shumë të ndryshme. Në kombinim, ne mund të përfitojmë nga njëri -tjetri, por mund të marrim aplikime dhe karakteristika të reja që janë të vështira për t'u realizuar përkatësisht.
Komunikim optikështë një shembull kryesor i kombinimit të mikrovalëve dhe fotoelektroneve. Komunikimet e hershme të telefonit dhe telegrafit, gjenerimi, përhapja dhe pritja e sinjaleve, të gjitha pajisjet e përdorura me mikrovalë. Valët elektromagnetike me frekuencë të ulët përdoren fillimisht sepse diapazoni i frekuencës është i vogël dhe kapaciteti i kanalit për transmetim është i vogël. Zgjidhja është rritja e shpeshtësisë së sinjalit të transmetuar, aq më i lartë është frekuenca, aq më shumë burime të spektrit. Por sinjali i frekuencës së lartë në humbjen e përhapjes së ajrit është i madh, por edhe i lehtë për tu bllokuar nga pengesat. Nëse përdoret kablloja, humbja e kabllit është e madhe, dhe transmetimi në distanca të gjata është problem. Shfaqja e komunikimit të fibrave optike është një zgjidhje e mirë për këto probleme.Fibër optikeKa humbje shumë të ulët të transmetimit dhe është një bartës i shkëlqyeshëm për transmetimin e sinjaleve në distanca të gjata. Gama e frekuencës së valëve të lehta është shumë më e madhe se ajo e mikrovalëve dhe mund të transmetojë shumë kanale të ndryshme njëkohësisht. Për shkak të këtyre avantazheve tëtransmetim optik, Komunikimi optik i fibrave është bërë shtylla kurrizore e transmetimit të sotëm të informacionit.
Komunikimi optik ka një histori të gjatë, hulumtimi dhe aplikimi janë shumë të gjera dhe të pjekura, këtu nuk do të thotë më shumë. Ky punim kryesisht prezanton përmbajtjen e re kërkimore të optoelektronikës me mikrovalë vitet e fundit përveç komunikimit optik. Optoelektronika me mikrovalë kryesisht përdor metodat dhe teknologjitë në fushën e optoelektronikës si bartës për të përmirësuar dhe arritur performancën dhe aplikimin që janë të vështira për t'u arritur me përbërës elektronikë tradicionalë të mikrovalës. Nga këndvështrimi i aplikimit, ai kryesisht përfshin tre aspektet e mëposhtme.
E para është përdorimi i optoelektronikës për të gjeneruar sinjale me mikrovalë me performancë të lartë, me zhurmë të ulët, nga banda X gjatë gjithë rrugës deri në brezin THz.
Së dyti, përpunimi i sinjalit me mikrovalë. Përfshirë vonesën, filtrimin, konvertimin e frekuencës, marrjen dhe kështu me radhë.
Së treti, transmetimi i sinjaleve analoge.
Në këtë artikull, autori prezanton vetëm pjesën e parë, gjenerimin e sinjalit me mikrovalë. Vala tradicionale e milimetrit të mikrovalës gjenerohet kryesisht nga përbërësit mikroelektronikë III_V. Kufizimet e tij kanë pikat e mëposhtme: Së pari, në frekuenca të larta siç është 100GHz më lart, mikroelektronika tradicionale mund të prodhojë gjithnjë e më pak fuqi, në sinjalin më të lartë të frekuencës THz, ato nuk mund të bëjnë asgjë. Së dyti, për të zvogëluar zhurmën fazore dhe për të përmirësuar qëndrueshmërinë e frekuencës, pajisja origjinale duhet të vendoset në një mjedis me temperaturë jashtëzakonisht të ulët. Së treti, është e vështirë të arrihet një gamë e gjerë e konvertimit të frekuencës së modulimit të frekuencës. Për të zgjidhur këto probleme, teknologjia optoelektronike mund të luajë një rol. Metodat kryesore janë përshkruar më poshtë.
1. Përmes frekuencës së ndryshimit të dy sinjaleve të ndryshme lazer të frekuencës, përdoret një fotodetektor me frekuencë të lartë për të kthyer sinjalet e mikrovalës, siç tregohet në figurën 1.
Figura 1. Diagrami skematik i mikrovalave të krijuara nga frekuenca e ndryshimit të dylazer.
Përparësitë e kësaj metode janë strukturë e thjeshtë, mund të gjenerojnë valë milimetër me frekuencë jashtëzakonisht të lartë dhe madje edhe sinjal të frekuencës THz, dhe duke rregulluar frekuencën e lazerit mund të kryejë një gamë të madhe të konvertimit të frekuencës së shpejtë, frekuencën e spastrimit. Disavantazhi është se gjerësia e linjës ose zhurma fazore e sinjalit të frekuencës së ndryshimit të gjeneruar nga dy sinjale lazer të palidhura është relativisht e madhe, dhe stabiliteti i frekuencës nuk është i lartë, veçanërisht nëse përdoret një lazer gjysmëpërçues me një vëllim të vogël, por një gjerësi e madhe e linjës (~ MHz). Nëse kërkesat e vëllimit të peshës së sistemit nuk janë të larta, mund të përdorni lazer me gjendje të ngurtë të zhurmës së ulët (~ kHz),lazer me fibra, zgavrën e jashtmelazer gjysmëpërçues, etj. Përveç kësaj, dy mënyra të ndryshme të sinjaleve lazer të krijuara në të njëjtën zgavër lazer mund të përdoren gjithashtu për të gjeneruar një frekuencë të ndryshimit, në mënyrë që performanca e stabilitetit të frekuencës së mikrovalës të përmirësohet shumë.
2. Për të zgjidhur problemin që të dy lazerët në metodën e mëparshme janë jokoherente dhe zhurma e fazës së sinjalit të gjeneruar është shumë e madhe, koherenca midis dy lazerëve mund të merret me metodën e mbylljes së fazës së bllokimit të frekuencës së injektimit ose qarkut të bllokimit të fazës negative të feedback -ut. Figura 2 tregon një aplikim tipik të mbylljes së injeksionit për të gjeneruar shumëfish mikrovalë (Figura 2). Duke injektuar drejtpërdrejt sinjalet e rrymës me frekuencë të lartë në një lazer gjysmëpërçues, ose duke përdorur një modulator të fazës Linbo3, mund të gjenerohen sinjale të shumta optike të frekuencave të ndryshme me ndarje të frekuencës së barabartë, ose krehje të frekuencës optike. Sigurisht, metoda e përdorur zakonisht për të marrë një krehër të gjerë të frekuencës optike të spektrit është të përdorni një lazer të bllokuar në modë. Anydo dy sinjale krehër në krehër të gjeneruar të frekuencës optike janë zgjedhur duke filtruar dhe injektuar në lazer 1 dhe 2 përkatësisht për të realizuar frekuencën dhe mbylljen e fazës përkatësisht. Për shkak se faza midis sinjaleve të ndryshme të krehërve të krehës së frekuencës optike është relativisht e qëndrueshme, në mënyrë që faza relative midis dy lazerëve të jetë e qëndrueshme, dhe më pas me metodën e frekuencës së diferencës siç përshkruhet më parë, mund të merret sinjali mikrovalë me frekuencë shumëfish të shkallës së përsëritjes së krehës së frekuencës optike.
Figura 2. Diagrami skematik i sinjalit të dyfishimit të frekuencës së mikrovalës të gjeneruar nga mbyllja e frekuencës së injektimit.
Një mënyrë tjetër për të zvogëluar zhurmën e fazës relative të dy lazerëve është të përdorni një reagim negativ PLL optike, siç tregohet në figurën 3.
Figura 3. Diagrami skematik i OPL.
Parimi i PLL optik është i ngjashëm me atë të PLL në fushën e elektronikës. Diferenca fazore e dy lazerëve shndërrohet në një sinjal elektrik nga një fotodetektor (ekuivalent me një detektor fazor), dhe më pas diferenca fazore midis dy lazerëve merret duke bërë një frekuencë ndryshimi me një burim të sinjalit të mikrovalës, i cili është i amplifikuar dhe i filtruar dhe më pas ushqehet përsëri në njësinë e kontrollit të frekuencës së një prej lazerësh (për semisektorët e lazerëve, është injeksioni i injeksionit). Përmes një laku të tillë negativ të kontrollit të reagimit, faza relative e frekuencës midis dy sinjaleve lazer është mbyllur në sinjalin e mikrovalës referuese. Sinjali optik i kombinuar më pas mund të transmetohet përmes fibrave optike në një fotodetektor diku tjetër dhe të shndërrohet në një sinjal mikrovalë. Zhurma fazore që rezulton e sinjalit të mikrovalës është pothuajse e njëjtë me atë të sinjalit të referencës brenda gjerësisë së brezit të lakut negativ të bllokuar fazor. Zhurma fazore jashtë gjerësisë së brezit është e barabartë me zhurmën fazore relative të dy lazerëve origjinalë të palidhur.
Për më tepër, burimi i sinjalit të mikrovalës së referencës gjithashtu mund të shndërrohet me burime të tjera të sinjalit përmes dyfishimit të frekuencës, frekuencës së ndarjes ose përpunimit të frekuencës tjetër, në mënyrë që sinjali i mikrovalës me frekuencë më të ulët të mund të multidoufikohet, ose të shndërrohet në sinjalet RF me frekuencë të lartë, THz.
Në krahasim me mbylljen e frekuencës së injeksionit mund të marrë vetëm dyfishimin e frekuencës, sythe të bllokuara nga faza janë më fleksibël, mund të prodhojnë frekuenca pothuajse arbitrare, dhe natyrisht më komplekse. Për shembull, krehja optike e frekuencës së gjeneruar nga modulatori fotoelektrik në figurën 2 përdoret si burim i dritës, dhe laku i bllokuar në fazë optike përdoret për të bllokuar në mënyrë selektive frekuencën e dy lazerëve në dy sinjalet optike të kombinimeve, dhe më pas gjenerojnë sinjalet me frekuencë të lartë përmes frekuencës së diferencës, siç tregohet në figurën 4. F1 dhe F2 janë frekuencat e sinjalit të referencës të dy sinjalit të PLL-ve të PLLS të menjëhershëm të PLLS të ANT-it të PLLS të PLLS të PLLS të PLLS të PLLS të PLL-ve të PLL-së, dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dhe dheupt-A -. N*FREP+F1+F2 mund të gjenerohet nga frekuenca e ndryshimit midis dy lazerëve.
Figura 4. Diagrami skematik i gjenerimit të frekuencave arbitrare duke përdorur krehje të frekuencës optike dhe PLL.
3. Përdorni lazer pulsi të bllokuar në modë për të kthyer sinjalin optik të pulsit në sinjal mikrovalë përmesfotodetektor.
Avantazhi kryesor i kësaj metode është se mund të merret një sinjal me stabilitet shumë të mirë të frekuencës dhe zhurmë në fazë shumë të ulët. Duke e mbyllur frekuencën e lazerit në një spektër shumë të qëndrueshëm të tranzicionit atomik dhe molekular, ose një zgavër optike jashtëzakonisht të qëndrueshme, dhe përdorimin e sistemit të eleminimit të frekuencës së frekuencës së vetë-dyshimit dhe teknologjive të tjera, ne mund të marrim një sinjal shumë të qëndrueshëm të pulsit me një frekuencë shumë të qëndrueshme të përsëritjes, në mënyrë që të marr një sinjal mikrovalë me ultrën e ulët të fazës. Figura 5.
Figura 5. Krahasimi i zhurmës fazore relative të burimeve të ndryshme të sinjalit.
Sidoqoftë, për shkak se shkalla e përsëritjes së pulsit është në përpjesëtim me gjatësinë e zgavrës së lazerit, dhe lazeri tradicional i bllokuar në modë është i madh, është e vështirë të merret drejtpërdrejt sinjale me mikrovalë me frekuencë të lartë. Për më tepër, madhësia, pesha dhe konsumi i energjisë së lazerëve tradicionalë pulsues, si dhe kërkesat e ashpra mjedisore, kufizojnë kryesisht aplikimet e tyre laboratorike. Për të kapërcyer këto vështirësi, hulumtimi kohët e fundit ka filluar në Shtetet e Bashkuara dhe Gjermani duke përdorur efekte jolineare për të gjeneruar krehje optike të qëndrueshme të frekuencës në zgavra optike shumë të vogla, me cilësi të lartë, me cilësi të lartë, të cilat gjenerojnë sinjale me mikrovalë me zhurmë të ulët me frekuencë të lartë.
4. Oscilatori elektronik i opto, Figura 6.
Figura 6. Diagrami skematik i oshilatorit të shoqëruar me fotoelektrik.
Një nga metodat tradicionale të gjenerimit të mikrovalëve ose lazerëve është të përdorni një lak të mbyllur të vetë-feedback, për sa kohë që fitimi në lak të mbyllur është më i madh se humbja, lëkundja e vetë-ngacmuar mund të prodhojë mikrovalë ose lazer. Sa më i lartë të jetë faktori i cilësisë Q të lakut të mbyllur, aq më i vogël është faza e sinjalit të gjeneruar ose zhurma e frekuencës. Për të rritur faktorin e cilësisë së lakut, mënyra e drejtpërdrejtë është rritja e gjatësisë së lakut dhe minimizimi i humbjes së përhapjes. Sidoqoftë, një lak më i gjatë zakonisht mund të mbështesë gjenerimin e mënyrave të shumta të lëkundjes, dhe nëse shtohet një filtër me bandë të ngushtë, mund të merret një sinjal i lëkundjes me zhurmë të ulët me zhurmë të ulët. Oscillatori i shoqëruar me fotoelektrik është një burim sinjali mikrovalë bazuar në këtë ide, ai përdor plotësisht karakteristikat e humbjes së përhapjes së ulët të fibrave, duke përdorur një fibër më të gjatë për të përmirësuar vlerën e lakut Q, mund të prodhojë një sinjal mikrovalë me zhurmë shumë të ulët në fazë. Meqenëse metoda u propozua në vitet 1990, ky lloj oshilatori ka marrë hulumtime të gjera dhe zhvillim të konsiderueshëm, dhe aktualisht ka oshilatorë të shoqëruar me fotoelektrik komercial. Kohët e fundit, oshilatorët fotoelektrikë frekuencat e të cilëve mund të rregullohen në një gamë të gjerë janë zhvilluar. Problemi kryesor i burimeve të sinjalit të mikrovalës bazuar në këtë arkitekturë është se lak është i gjatë, dhe zhurma në rrjedhën e tij të lirë (FSR) dhe frekuenca e tij e dyfishtë do të rritet ndjeshëm. Për më tepër, përbërësit fotelektrikë të përdorur janë më shumë, kostoja është e lartë, vëllimi është i vështirë për tu zvogëluar, dhe fibra më e gjatë është më e ndjeshme ndaj shqetësimit të mjedisit.
Më lart prezanton shkurtimisht disa metoda të gjenerimit të fotoelektronit të sinjaleve me mikrovalë, si dhe avantazhet dhe disavantazhet e tyre. Më në fund, përdorimi i fotoelektroneve për të prodhuar mikrovalë ka një avantazh tjetër është se sinjali optik mund të shpërndahet përmes fibrës optike me humbje shumë të ulët, transmetimi në distanca të gjata në secilin terminal të përdorimit dhe më pas të shndërrohet në sinjale me mikrovalë, dhe aftësia për të rezistuar ndërhyrjen elektromagnetike është në mënyrë të konsiderueshme se komponentët elektronikë tradicionalë.
Shkrimi i këtij artikulli është kryesisht për referencë, dhe i kombinuar me përvojën dhe përvojën e vetë kërkimit të autorit në këtë fushë, ka pasaktësi dhe pakuptim, ju lutemi kuptoni.
Koha e postimit: Jan-03-2024