Mikrogolfopto -elektronika, soos die naam aandui, is die kruising van mikrogolf enopto -elektronika. Mikrogolwe en liggolwe is elektromagnetiese golwe, en die frekwensies is baie ordes van verskillende verskillende, en die komponente en tegnologieë wat in hul onderskeie velde ontwikkel is, verskil baie. In kombinasie kan ons mekaar benut, maar ons kan nuwe toepassings en eienskappe kry wat onderskeidelik moeilik is om te besef.
Optiese kommunikasieis 'n uitstekende voorbeeld van die kombinasie van mikrogolwe en foto -elektrone. Vroeë telefoon- en telegraaf draadlose kommunikasie, die generasie, voortplanting en ontvangs van seine, almal gebruik mikrogolftoestelle. Lae frekwensie elektromagnetiese golwe word aanvanklik gebruik omdat die frekwensiegebied klein is en die kanaalkapasiteit vir transmissie klein is. Die oplossing is om die frekwensie van die oordraagbare sein te verhoog, hoe hoër die frekwensie, hoe meer spektrumbronne. Maar die hoëfrekwensie -sein in die verlies van lugverspreiding is groot, maar ook maklik om deur hindernisse geblokkeer te word. As die kabel gebruik word, is die verlies van die kabel groot, en langafstand-oordrag is 'n probleem. Die opkoms van optiese veselkommunikasie is 'n goeie oplossing vir hierdie probleme.Optiese veselHet baie lae transmissieverlies en is 'n uitstekende draer om seine oor lang afstande oor te dra. Die frekwensiebereik van liggolwe is baie groter as dié van mikrogolwe en kan baie verskillende kanale gelyktydig oordra. As gevolg van hierdie voordele vanOptiese transmissie, Optiese veselkommunikasie het die ruggraat van vandag se inligtingsoordrag geword.
Optiese kommunikasie het 'n lang geskiedenis, navorsing en toepassing is baie uitgebreid en volwasse, hier is nie meer te sê nie. Hierdie artikel stel hoofsaaklik die nuwe navorsingsinhoud van mikrogolfopto -elektronika in die afgelope jaar bekend as optiese kommunikasie. Mikrogolfopto -elektronika gebruik hoofsaaklik die metodes en tegnologieë op die gebied van opto -elektronika as die draer om die werkverrigting en toepassing te verbeter wat moeilik is om te bereik met tradisionele mikrogolf -elektroniese komponente. Vanuit die perspektief van toepassing bevat dit hoofsaaklik die volgende drie aspekte.
Die eerste is die gebruik van opto-elektronika om hoëprestasie, lae-geraas mikrogolfseine, van die X-band tot by die THZ-band te genereer.
Tweedens, mikrogolfseinverwerking. Insluitend vertraging, filter, frekwensie -omskakeling, ontvangs en so aan.
Derdens, die oordrag van analoogseine.
In hierdie artikel stel die skrywer slegs die eerste deel, die generering van die mikrogolfsein, bekend. Tradisionele mikrogolf -millimetergolf word hoofsaaklik gegenereer deur III_V -mikro -elektroniese komponente. Die beperkings daarvan het die volgende punte: eerstens, tot hoë frekwensies soos 100 GHz hierbo, kan tradisionele mikro -elektronika al hoe minder krag produseer, tot die hoër frekwensie THZ -sein, hulle kan niks doen nie. Tweedens, om fase -geraas te verminder en frekwensie -stabiliteit te verbeter, moet die oorspronklike toestel in 'n buitengewone lae temperatuuromgewing geplaas word. Derdens is dit moeilik om 'n wye verskeidenheid frekwensiefrekwensie -omskakeling te bewerkstellig. Om hierdie probleme op te los, kan opto -elektroniese tegnologie 'n rol speel. Die belangrikste metodes word hieronder beskryf.
1. Deur die verskilfrekwensie van twee verskillende frekwensie laserseine word 'n hoëfrekwensie-fotodetektor gebruik om mikrogolfseine om te skakel, soos getoon in Figuur 1.
Figuur 1. Skematiese diagram van mikrogolwe wat gegenereer word deur die verskilfrekwensie van tweelasers.
Die voordele van hierdie metode is 'n eenvoudige struktuur, kan 'n buitengewone hoë frekwensie -millimetergolf en selfs THz -frekwensie -sein genereer, en deur die frekwensie van die laser aan te pas, kan 'n groot reeks vinnige frekwensie -omskakeling uitoefen, die frekwensie van die sweep. Die nadeel is dat die lynwydte of fase -geraas van die verskilfrekwensie -sein wat deur twee onverwante laserseine gegenereer word, relatief groot is, en die frekwensie -stabiliteit nie hoog is nie, veral as 'n halfgeleier laser met 'n klein volume, maar 'n groot lynwydte (~ MHz) gebruik word. As die vereistes vir die gewigvolume van die stelsel nie hoog is nie, kan u 'n lae geraas (~ kHz) vaste-toestand-lasers gebruik,vesellasers, eksterne holtehalfgeleierlasers, ens. Daarbenewens kan twee verskillende modusse van laserseine wat in dieselfde laserholte gegenereer word, ook gebruik word om 'n verskilfrekwensie te genereer, sodat die prestasie van die mikrogolffrekwensie baie verbeter word.
2. Om die probleem op te los dat die twee lasers in die vorige metode onsamehangend is en die gegenereerde seinfase -geraas te groot is, kan die samehang tussen die twee lasers verkry word deur die sluitingsfase van die inspuitingsfrekwensie of die negatiewe terugvoerfase -sluitbaan. Figuur 2 toon 'n tipiese toepassing van inspuitingslot om mikrogolf -veelvoude te genereer (Figuur 2). Deur die hoë frekwensie-stroomseine direk in 'n halfgeleierlaser te spuit, of deur 'n Linbo3-fase-modulator te gebruik, kan veelvuldige optiese seine van verskillende frekwensies met gelyke frekwensie-spasiëring gegenereer word, of optiese frekwensie-kamme. Natuurlik is die algemeen gebruikte metode om 'n wye spektrum optiese frekwensie-kam te verkry, om 'n modus-geslote laser te gebruik. Enige twee kamseine in die gegenereerde optiese frekwensie -kam word gekies deur onderskeidelik in laser 1 en 2 te filter en ingespuit om onderskeidelik frekwensie en fase -sluiting te realiseer. Aangesien die fase tussen die verskillende CAM-seine van die optiese frekwensie-kam relatief stabiel is, sodat die relatiewe fase tussen die twee lasers stabiel is, en dan volgens die metode van verskilfrekwensie soos voorheen beskryf, kan die meervoudige frekwensie-mikrogolfsein van die optiese frekwensie-herhalingstempo verkry word.
Figuur 2. Skematiese diagram van die mikrogolffrekwensie verdubbelingsein wat deur die spuitfrekwensie -sluiting gegenereer word.
'N Ander manier om die relatiewe fase -geraas van die twee lasers te verminder, is om 'n negatiewe terugvoer optiese PLL te gebruik, soos aangetoon in Figuur 3.
Figuur 3. Skematiese diagram van OPL.
Die beginsel van optiese PLL is soortgelyk aan dié van PLL op die gebied van elektronika. Die faseverskil van die twee lasers word omgeskakel in 'n elektriese sein deur 'n fotodetektor (gelykstaande aan 'n fase -detektor), en dan word die faseverskil tussen die twee lasers verkry deur 'n verskilfrekwensie te maak met 'n verwysingsmikrogolfseinbron, wat die frekwensie -eenheid van een van die lasers (vir halfgeleiers gevoer word). Deur so 'n negatiewe terugvoer -beheerlus is die relatiewe frekwensiefase tussen die twee laserseine aan die verwysingsmikrogolfsein gesluit. Die gekombineerde optiese sein kan dan deur optiese vesels na 'n fotodetektor elders oorgedra word en in 'n mikrogolfsein omgeskakel word. Die resulterende fase-geraas van die mikrogolfsein is byna dieselfde as dié van die verwysingssein binne die bandwydte van die fase-geslote negatiewe terugvoerlus. Die fase -geraas buite die bandwydte is gelyk aan die relatiewe fase -geraas van die oorspronklike twee onverwante lasers.
Daarbenewens kan die verwysingsmikrogolfseinbron ook deur ander seinbronne omgeskakel word deur frekwensie-verdubbeling, verdelingsfrekwensie of ander frekwensieverwerking, sodat die laer frekwensie-mikrogolfsein multidoubles kan word, of omgeskakel kan word na hoë-frekwensie RF, THz-seine.
In vergelyking met die sluiting van die inspuitfrekwensie kan slegs frekwensie verdubbel, fase-geslote lusse is meer buigsaam, kan byna arbitrêre frekwensies lewer, en natuurlik meer ingewikkeld. Byvoorbeeld, die optiese frekwensie-kam wat deur die foto-elektriese modulator in Figuur 2 gegenereer word, word as die ligbron gebruik, en die optiese fase-toegemaakte lus word gebruik om die frekwensie van die twee lasers selektief te sluit in die twee optiese kamseine, en dan die figuur van die figuur 4 en F2 is die verwysingssein van die verwysingsfrekwensie van die twee PLL's, en A Microbe se nignaal van die verwysingsnage van die twee PLL's, en A Microbe se nignaal van die verwysingsein van die twee PLL's, en A Microbe se nignaal van die verwysingsein van die twee PLL's, en A Microbe se nignaal van die verwysingssein van die twee PLL's, en A Microbe se nignaal van die verwysingsnag N*FREP+F1+F2 kan gegenereer word deur die verskilfrekwensie tussen die twee lasers.
Figuur 4. Skematiese diagram van die opwekking van arbitrêre frekwensies met behulp van optiese frekwensie -kamme en PLL's.
3. Gebruik modus-geslote polslaser om optiese polssein te omskep in die mikrogolfsein deurfotodetektor.
Die grootste voordeel van hierdie metode is dat 'n sein met 'n baie goeie frekwensie -stabiliteit en baie lae fase geraas verkry kan word. Deur die frekwensie van die laser te sluit in 'n baie stabiele atoom- en molekulêre oorgangspektrum, of 'n buitengewone stabiele optiese holte, en die gebruik van self-verdubbeling-frekwensie-eliminasiestelselfrekwensieverskuiwing en ander tegnologieë, kan ons 'n baie stabiele optiese pulsein met 'n baie stabiele herhalingsfrekwensie verkry, om 'n mikro-sein te verkry met 'n ultra-lae fase. Figuur 5.
Figuur 5. Vergelyking van relatiewe fase geraas van verskillende seinbronne.
Aangesien die polsherhalingstempo egter omgekeerd eweredig is aan die lengte van die laser van die holte, en die tradisionele laser met modus-geslote laser groot is, is dit moeilik om mikrogolfseine direk te verkry. Daarbenewens beperk die grootte, gewig en energieverbruik van tradisionele gepulseerde lasers, sowel as die harde omgewingsvereistes, hul hoofsaaklik laboratoriumtoepassings. Om hierdie probleme te oorkom, het navorsing onlangs in die Verenigde State en Duitsland begin met behulp van nie-lineêre effekte om frekwensie-stabiele optiese kamme in baie klein, hoë kwaliteit Chirp-modus optiese holtes te genereer, wat op sy beurt op hoë frekwensie-mikrogolfseine met 'n hoë frekwensie genereer.
4. Opto elektroniese ossillator, Figuur 6.
Figuur 6. Skematiese diagram van foto -elektriese gekoppelde ossillator.
Een van die tradisionele metodes om mikrogolwe of lasers te genereer, is om 'n geslote lus met selftervoeding te gebruik, solank die wins in die geslote lus groter is as die verlies, kan die self-opgewekte ossillasie mikrogolwe of lasers produseer. Hoe hoër die kwaliteitsfaktor Q van die geslote lus, hoe kleiner is die gegenereerde seinfase of frekwensie geraas. Om die kwaliteitsfaktor van die lus te verhoog, is die direkte manier om die lengte van die lus te verhoog en die voortplantingsverlies te verminder. 'N Langer lus kan egter gewoonlik die opwekking van veelvuldige modusse van ossillasie ondersteun, en as 'n smal-bandwydte-filter bygevoeg word, kan 'n enkelfrekwensie-lae-geraas-mikrogolf-ossillasie-sein verkry word. Foto -elektriese gekoppelde ossillator is 'n mikrogolfseinbron op grond van hierdie idee; dit maak die volle gebruik van die vesel se lae -voortplantingsverlieskenmerke, met behulp van 'n langer vesel om die lus Q -waarde te verbeter, kan 'n mikrogolfsein met 'n baie lae fase geraas lewer. Aangesien die metode in die negentigerjare voorgestel is, het hierdie tipe ossillator uitgebreide navorsing en aansienlike ontwikkeling ontvang, en daar is tans kommersiële foto -elektriese gekoppelde ossillators. Meer onlangs is foto -elektriese ossillators wie se frekwensies oor 'n wye verskeidenheid aangepas kan word, ontwikkel. Die grootste probleem van mikrogolfseinbronne op grond van hierdie argitektuur is dat die lus lank is, en die geraas in sy vrye vloei (FSR) en die dubbele frekwensie daarvan sal aansienlik verhoog word. Daarbenewens is die foto -elektriese komponente wat gebruik word, meer, die koste is hoog, die volume is moeilik om te verminder, en die langer vesel is meer sensitief vir omgewingsversteuring.
Bogenoemde stel kortliks verskillende metodes bekend vir foto -elektrongenerering van mikrogolfseine, sowel as hul voordele en nadele. Laastens het die gebruik van foto-elektrone om mikrogolf te produseer 'n ander voordeel dat die optiese sein deur die optiese vesel versprei kan word met 'n baie lae verlies, langafstand-oordrag na elke gebruiksterminal en dan in mikrogolfseine omgeskakel word, en die vermoë om elektromagnetiese interferensie te weerstaan, word aansienlik verbeter as tradisionele elektroniese komponente.
Die skryf van hierdie artikel is hoofsaaklik vir verwysing, en gekombineer met die skrywer se eie navorsingservaring en -ervaring op hierdie gebied, is daar onakkuraathede en onverstaanbaarheid, verstaan dit.
Postyd: Jan-03-2024