Мікрахвалевая оптаэлектроніка, як вынікае з назвы, гэта перасячэнне мікрахвалевай печы іоптаэлектроніка. Мікрахвалевыя печы і лёгкія хвалі - гэта электрамагнітныя хвалі, а частоты адрозніваюцца ад велічыні, а кампаненты і тэхналогіі, распрацаваныя ў адпаведных галінах, вельмі розныя. У спалучэнні мы можам скарыстацца адзін адным, але мы можам атрымаць новыя прыкладанні і характарыстыкі, якія цяжка рэалізаваць адпаведна.
Аптычная камунікацыяз'яўляецца выдатным прыкладам спалучэння мікрахвалеў і фотаэлектронаў. Ранняя тэлефонная і тэлеграфная бесправадная сувязь, пакаленне, распаўсюджванне і прыём сігналаў, выкарыстоўваюцца мікрахвалевыя прылады. Электрамагнітныя хвалі з нізкай частотай выкарыстоўваюцца першапачаткова, таму што дыяпазон частот невялікі, а ёмістасць канала для перадачы невялікая. Рашэнне заключаецца ў павелічэнні частоты перададзенага сігналу, тым вышэй частата, тым больш рэсурсаў спектру. Але сігнал высокай частоты ў страце распаўсюджвання паветра вялікі, але таксама лёгка заблакаваць перашкодамі. Калі кабель выкарыстоўваецца, страта кабеля вялікая, а перадача на далёкія адлегласці-праблема. З'яўленне сувязі з аптычным валокнам з'яўляецца добрым рашэннем гэтых праблем.Аптычнае валакномае вельмі нізкую страту перадачы і з'яўляецца выдатным носьбітам для перадачы сігналаў на вялікія адлегласці. Дыяпазон частот светлавых хваль значна большы, чым у мікрахвалевых печах, і можа перадаваць шмат розных каналаў адначасова. З -за гэтых перавагАптычная перадача, сувязь з аптычным валокнам стала асновай сённяшняй перадачы інфармацыі.
Аптычная камунікацыя мае доўгую гісторыю, даследаванні і прымяненне вельмі шырокія і спелыя, тут нельга сказаць больш. У гэтым артыкуле ў асноўным уводзіцца новы даследчы змест мікрахвалевай оптаэлектронікі ў апошнія гады, акрамя аптычнай камунікацыі. Мікрахвалевая оптаэлектроніка ў асноўным выкарыстоўвае метады і тэхналогіі ў галіне оптаэлектронікі ў якасці носьбіта для паляпшэння і дасягнення прадукцыйнасці і прымянення, якія цяжка дасягнуць з традыцыйнымі мікрахвалевымі электроннымі кампанентамі. З пункту гледжання прымянення, ён у асноўным ўключае ў сябе тры наступныя аспекты.
Першы-гэта выкарыстанне оптаэлектронікі для стварэння высокапрадукцыйных мікрахвалевых сігналаў з нізкім узроўнем шуму, ад X-дыяпазону аж да паласы THZ.
Па -другое, апрацоўка мікрахвалевай печы. Уключаючы затрымку, фільтрацыю, пераўтварэнне частоты, прыём і гэтак далей.
Па -трэцяе, перадача аналагавых сігналаў.
У гэтым артыкуле аўтар уводзіць толькі першую частку, генерацыю мікрахвалевага сігналу. Традыцыйная мікрахвалевая міліметровая хваля ў асноўным генеруецца мікраэлектроннымі кампанентамі III_V. Яго абмежаванні маюць наступныя моманты: па -першае, да высокіх частот, такіх як 100 ГГц вышэй, традыцыйная мікраэлектроніка можа вырабляць усё менш і менш магутнасці, да сігналу больш высокай частоты, яны нічога не могуць зрабіць. Па -другое, для таго, каб паменшыць фазавы шум і палепшыць стабільнасць частоты, арыгінальнае прылада трэба размясціць у вельмі нізкіх тэмпературных умовах. Па -трэцяе, цяжка дасягнуць шырокага дыяпазону пераўтварэння частоты частоты. Каб вырашыць гэтыя праблемы, оптаэлектронная тэхналогія можа гуляць ролю. Асноўныя метады апісаны ніжэй.
1. Дзякуючы частаце розніцы двух розных лазерных сігналаў частоты, для пераўтварэння мікрахвалевых сігналаў выкарыстоўваецца высокачашчынны фотаапаратар, як паказана на малюнку 1.
Малюнак 1. Схематычная схема мікрахвалевых печаў, якая ўтвараецца па частаце розніцы ў дзвелазеры.
Перавагі гэтага метаду з'яўляюцца простай структурай, могуць ствараць надзвычай высокачашчынную міліметровую хвалю і нават сігнал частоты THZ, а пры рэгуляванні частоты лазера можа ажыццяўляць вялікі дыяпазон хуткага пераўтварэння частоты, прамекаваную частату. Недахопам з'яўляецца тое, што лінейная здольнасць або фазавы шум сігналу частоты розніцы, які ўтвараецца двума не звязанымі лазернымі сігналамі, адносна вялікая, і стабільнасць частоты не высокая, асабліва калі выкарыстоўваецца паўправадніковы лазер з невялікім аб'ёмам, але вялікая лінейна (~ МГц). Калі патрабаванні да аб'ёму вагі сістэмы не высокія, вы можаце выкарыстоўваць цвёрдацельныя лазеры з нізкім узроўнем шуму (~ кГц), цвёрдацельных лазераў,Валаконныя лазеры, Знешняя паражнінупаўправадніковыя лазерыАкрамя таго, і г.д., два розныя рэжымы лазерных сігналаў, якія ўтвараюцца ў той жа лазернай паражніны, таксама могуць быць выкарыстаны для стварэння частоты розніцы, так што прадукцыйнасць стабільнасці мікрахвалевай печы значна палепшылася.
2. Каб вырашыць праблему, што два лазеры ў папярэднім метадзе несупастаўлены, а шум сігнальнай фазы занадта вялікая, узгодненасць паміж двума лазерамі можа быць атрымана метадам блакавання фазы частоты ўпырску альбо метадам блакіроўкі адмоўнай зваротнай сувязі. На малюнку 2 паказана тыповае прымяненне блакіроўкі ўпырску для стварэння мікрахвалевых кратаў (малюнак 2). Пры непасрэдным увядзенні сігналаў току высокай частоты ў паўправадніковы лазер, альбо пры дапамозе модулятара фазы LINBO3 можа быць згенераваны некалькі аптычных сігналаў розных частот з роўнай частатой, альбо аптычныя расчоскі. Зразумела, звычайна выкарыстоўваецца метад для атрымання шырокага аптычнага расчоскі для частоты спектру заключаецца ў выкарыстанні лазернага рэжыму. Любыя два сігналы грэбня ў генераванай аптычнай частоце расчоскі выбіраюцца шляхам фільтрацыі і ўводзяцца ў лазер 1 і 2 адпаведна, каб рэалізаваць частату і фіксацыю фаз адпаведна. Паколькі фаза паміж рознымі расчоскімі сігналамі аптычнай частоты расчоскі адносна стабільная, так што адносная фаза паміж двума лазерамі стабільная, а затым можна атрымаць метадам розніцы, як апісана раней, можна атрымаць шматпавярховы мікрахвалевы сігнал аптычнай частоты хуткасці паўтарэння.
Малюнак 2. Схематычная схема сігналу падваення мікрахвалевай частоты, які ўтвараецца пры блакаванні частоты ўпырску.
Яшчэ адзін спосаб паменшыць адносны фазавы шум двух лазераў - выкарыстанне аптычнага PLL адмоўнай зваротнай сувязі, як паказана на малюнку 3.
Малюнак 3. Прынцыповая схема OPL.
Прынцып аптычнага PLL падобны на гэты PLL у галіне электронікі. Розніца фазы двух лазераў пераўтвараецца ў электрычны сігнал фотадэтэктарам (эквівалентна фазавым дэтэктарам), а затым розніца фаз паміж двума лазерамі атрымліваецца шляхам розніцы частоты з эталоннай крыніцай сігналу, якая ўзмацняецца і адфільтравана, а потым вяртаецца да частотнага блока кіравання адным з лазераў (для шоўкі лазераў, якія ўзнікаюць і адфільтраваны, і адфільтраваны ток). Дзякуючы такой адмоўнай цыклу кіравання зваротнай сувяззю, адносная фаза частоты паміж двума лазернымі сігналамі заблакаваны да эталоннага мікрахвалевага сігналу. Камбінаваны аптычны сігнал можа перадавацца праз аптычныя валокны ў фотадэтэктар у іншым месцы і пераўтвараецца ў мікрахвалевы сігнал. Атрыманы фазавы шум мікрахвалевага сігналу амаль такі ж, як і эталоннага сігналу ў прапускной здольнасці заблакаванага фазавай завесы зваротнай сувязі. Фазавы шум па -за прапускной здольнасцю роўны адносным фазавым шумам двух арыгінальных не звязаных звязаных лазераў.
Акрамя таго, крыніца эталоннага мікрахвалевага сігналу таксама можа быць пераўтворана іншымі крыніцамі сігналу праз падваенне частоты, частату дзельніка або іншую апрацоўку частоты, каб сігнал мікрахвалевай печы з нізкай частатой можа быць шматфункцыянальны альбо пераўтварыць у высокачашчынныя сігналы РФ, THZ.
У параўнанні з блакіроўкай частоты ўпырску можа атрымаць толькі падваенне частоты, замкнёныя фазавыя завесы больш гнуткія, могуць вырабляць практычна адвольныя частоты і, вядома, больш складаныя. Напрыклад, аптычная расчоскі, якая генеруецца фотаэлектрычным мадулятарам на малюнку 2, выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы святла, а аптычная заблакаваная фазавая пятля выкарыстоўваецца для выбарачнага заблакавання частоты двух лазераў да двух аптычных расчоскі, а затым генеруе высокачашчынныя сігналы праз частату розніцы, як паказана на малюнку 4. F1 і F2-гэта частоты эталонных сігналаў двух PLLS і мікрактовыя сігналы і мікрактовыя сігналы і мікрактовыя сігналы і мікрактовыя сігналы, і мікрактовыя сігналы і мікрактовыя сігналы, і мікраэлект, а таксама мікрактовыя сігналы і мікрактовыя сігналы, і мікраэлект, а таксама мікрактовыя сігналы і мікрак. N*FREP+F1+F2 можа быць створана па частаце розніцы паміж двума лазерамі.
Малюнак 4. Прынцыповая схема генерацыі адвольных частот з выкарыстаннем аптычных расчоскі і PLL.
3. Выкарыстоўвайце лазерны лазер з замканым рэжымам для пераўтварэння аптычнага імпульснага сігналу ў мікрахвалевы сігнал праз празфотадэтэктар.
Асноўная перавага гэтага метаду заключаецца ў тым, што сігнал з вельмі добрай стабільнасцю частоты і вельмі нізкім фазавым шумам можна атрымаць. Заблакаваўшы частату лазера да вельмі ўстойлівага атамнага і малекулярнага пераходнага спектру, альбо надзвычай устойлівай аптычнай паражніны, а таксама выкарыстанне сістэмы сістэмы частаты самастойнага пераключэння частоты і іншых тэхналогій, мы можам атрымаць вельмі стабільны аптычны імпульсны сігнал з вельмі стабільнай частатой паўтарэння, каб атрымаць сігнал мікрахвалевага сігналу з ультраалітравым фазавым шумам. Малюнак 5.
Малюнак 5. Параўнанне адноснага фазавага шуму розных крыніц сігналу.
Аднак, паколькі хуткасць паўтарэння імпульсу зваротна прапарцыйная даўжыні паражніны лазера, а традыцыйны лазер з замкнёным рэжымам вялікая, цяжка атрымаць мікрахвалевыя сігналы высокай частоты непасрэдна. Акрамя таго, памер, вага і спажыванне энергіі традыцыйных імпульсных лазераў, а таксама жорсткія патрабаванні да навакольнага асяроддзя абмяжоўваюць іх у асноўным лабараторныя прыкладанні. Каб пераадолець гэтыя цяжкасці, нядаўна пачаліся даследаванні ў Злучаных Штатах і Германіі, выкарыстоўваючы нелінейныя эфекты для стварэння аптычных расчоскі ў стабільным частоце ў вельмі невялікіх, якасных аптычных паражнінах, якія генеруюць высокачашчынныя мікрахвалевыя сігналы.
4. Opto Electronic Oscillator, малюнак 6.
Малюнак 6. Прынцыповая схема фотаэлектрычнага асцылятара.
Адзін з традыцыйных метадаў генерацыі мікрахвалевых печак або лазераў заключаецца ў выкарыстанні закрытай пятлі самааддачы, пакуль узмацненне ў закрытай пятлі перавышае страту, самаабвешчанае ваганне можа вырабляць мікрахвалевыя печы ці лазеры. Чым вышэй каэфіцыент якасці q закрытай пятлі, тым меншы генеруецца сігнальная фаза або шум частоты. Для таго, каб павялічыць каэфіцыент якасці цыкла, прамым спосабам з'яўляецца павелічэнне даўжыні цыкла і мінімізаваць страту распаўсюджвання. Аднак, як правіла, больш працяглы цыкл можа падтрымліваць генерацыю некалькіх рэжымаў ваганняў, і калі дададзены фільтр з вузкай прапускной здольнасці, можна атрымаць аднаразовы сігнал мікрахвалевай печы з нізкім узроўнем шуму. Фотаэлектрычны звязаны асцылятар - гэта мікрахвалевая крыніца сігналу на аснове гэтай ідэі, яна ў поўнай меры выкарыстоўвае характарыстыкі нізкай страты распаўсюджвання валакна, выкарыстоўваючы больш доўгае валакно для паляпшэння значэння цыкла Q, можа стварыць мікрахвалевы сігнал з вельмі нізкім фазавым шумам. Паколькі гэты метад быў прапанаваны ў 1990 -я гады, гэты тып асцылятара атрымаў шырокія даследаванні і значнае развіццё, і ў цяперашні час ёсць камерцыйныя фотаэлектрычныя асцылятары. З нядаўніх часоў былі распрацаваны фотаэлектрычныя асцылятары, частаты якіх можна рэгуляваць у шырокім дыяпазоне. Асноўная праблема мікрахвалевых крыніц сігналу на аснове гэтай архітэктуры заключаецца ў тым, што цыкл доўгі, а шум у яго свабодным патоку (FSR) і яго двайная частата будуць значна павялічаны. Акрамя таго, фотаэлектрычныя кампаненты выкарыстоўваюцца больш, кошт высокі, аб'ём складана паменшыць, а больш доўгі абалоніна больш адчувальная да парушэння навакольнага асяроддзя.
У прыведзеным коратка ўводзіцца некалькі метадаў генерацыі мікрахвалевых сігналаў фотаэлектрон, а таксама іх перавагі і недахопы. Нарэшце, выкарыстанне фотаэлектронаў для атрымання мікрахвалевай печы мае яшчэ адно перавага, што аптычны сігнал можа быць размеркаваны праз аптычнае валакно з вельмі нізкай стратай, перадача на адлегласці да кожнага тэрмінала, а затым пераўтвараецца ў мікрахвалевыя сігналы, а здольнасць супрацьстаяць электрамагнітным перашкодам значна паляпшаецца, чым традыцыйныя электронныя кампаненты.
Напісанне гэтага артыкула ў асноўным для даведкі, і ў спалучэнні з уласным вопытам даследаванняў і вопытам аўтара ў гэтай галіне ёсць недакладнасці і незразумеласць, калі ласка, зразумейце.
Час паведамлення: студзень 03-2024