Mikrogolfopto-elektronika, soos die naam aandui, is die kruising van mikrogolf enopto-elektronika.Mikrogolwe en liggolwe is elektromagnetiese golwe, en die frekwensies verskil baie ordes van grootte, en die komponente en tegnologieë wat in hul onderskeie velde ontwikkel is, verskil baie.In kombinasie kan ons mekaar benut, maar ons kan onderskeidelik nuwe toepassings en eienskappe kry wat moeilik realiseerbaar is.
Optiese kommunikasieis 'n uitstekende voorbeeld van die kombinasie van mikrogolwe en foto-elektrone.Vroeë telefoon en telegraaf draadlose kommunikasie, die generering, voortplanting en ontvangs van seine, alles gebruik mikrogolf toestelle.Laefrekwensie elektromagnetiese golwe word aanvanklik gebruik omdat die frekwensiereeks klein is en die kanaalkapasiteit vir transmissie klein is.Die oplossing is om die frekwensie van die gestuurde sein te verhoog, hoe hoër die frekwensie, hoe meer spektrumhulpbronne.Maar die hoëfrekwensiesein in die lugvoortplantingsverlies is groot, maar ook maklik om deur hindernisse geblokkeer te word.As die kabel gebruik word, is die verlies van die kabel groot, en langafstandtransmissie is 'n probleem.Die opkoms van optiese vesel kommunikasie is 'n goeie oplossing vir hierdie probleme.Optiese veselhet 'n baie lae transmissieverlies en is 'n uitstekende draer vir die oordrag van seine oor lang afstande.Die frekwensiereeks van liggolwe is baie groter as dié van mikrogolwe en kan baie verskillende kanale gelyktydig uitstuur.As gevolg van hierdie voordele vanoptiese transmissie, optiese vesel kommunikasie het die ruggraat van vandag se inligtingoordrag geword.
Optiese kommunikasie het 'n lang geskiedenis, navorsing en toepassing is baie uitgebreid en volwasse, hier is nie om meer te sê nie.Hierdie referaat stel hoofsaaklik die nuwe navorsingsinhoud van mikrogolfopto-elektronika in onlangse jare bekend, buiten 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 en te bereik wat moeilik bereikbaar is met tradisionele mikrogolf elektroniese komponente.Vanuit die perspektief van toepassing sluit dit hoofsaaklik die volgende drie aspekte in.
Die eerste is die gebruik van opto-elektronika om hoëprestasie, lae-geraas mikrogolfseine te genereer, van die X-band tot by die THz-band.
Tweedens, mikrogolf seinverwerking.Insluitend vertraging, filtering, frekwensie-omskakeling, ontvangs en so aan.
Derdens, die oordrag van analoog seine.
In hierdie artikel stel die skrywer slegs die eerste deel bekend, die opwekking van mikrogolfsein.Tradisionele mikrogolf millimeter golf word hoofsaaklik gegenereer deur iii_V mikro-elektroniese komponente.Sy beperkings het die volgende punte: Eerstens, vir hoë frekwensies soos 100GHz hierbo, kan tradisionele mikro-elektronika minder en minder krag produseer, tot die hoër frekwensie THz-sein kan hulle niks doen nie.Tweedens, om fasegeraas te verminder en frekwensiestabiliteit te verbeter, moet die oorspronklike toestel in 'n uiters lae temperatuur omgewing geplaas word.Derdens is dit moeilik om 'n wye reeks frekwensiemodulasiefrekwensieomskakeling te bereik.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 in Figuur 1 getoon.
Figuur 1. Skematiese diagram van mikrogolwe gegenereer deur die verskilfrekwensie van tweelasers.
Die voordele van hierdie metode is 'n eenvoudige struktuur, kan 'n uiters hoë frekwensie millimeter golf en selfs THz frekwensie sein genereer, en deur die frekwensie van die laser aan te pas, kan 'n groot reeks vinnige frekwensie-omskakeling, sweepfrekwensie uit te voer.Die nadeel is dat die lynwydte of fasegeraas van die verskilfrekwensiesein wat deur twee onverwante laserseine gegenereer word relatief groot is, en die frekwensiestabiliteit nie hoog is nie, veral as 'n halfgeleierlaser met 'n klein volume maar 'n groot lynwydte (~MHz) is gebruik word.As die stelselgewigvolumevereistes nie hoog is nie, kan jy lae geraas (~kHz) vastestoflasers gebruik,vesel lasers, eksterne holtehalfgeleier lasers, ens. Daarbenewens kan twee verskillende maniere van laserseine wat in dieselfde laserholte gegenereer word, ook gebruik word om 'n verskilfrekwensie te genereer, sodat die mikrogolffrekwensiestabiliteitsprestasie aansienlik verbeter word.
2. Ten einde die probleem op te los dat die twee lasers in die vorige metode onsamehangend is en die seinfasegeraas wat gegenereer word te groot is, kan die samehang tussen die twee lasers verkry word deur die inspuitfrekwensie sluiting fase sluiting metode of die negatiewe terugvoer fase sluitkring.Figuur 2 toon 'n tipiese toepassing van inspuitingsluiting om mikrogolfveelvoude te genereer (Figuur 2).Deur hoëfrekwensiestroomseine direk in 'n halfgeleierlaser in te spuit, of deur 'n LinBO3-fase modulator te gebruik, kan veelvuldige optiese seine van verskillende frekwensies met gelyke frekwensiespasiëring gegenereer word, of optiese frekwensiekamme.Natuurlik, die algemeen gebruikte metode om 'n wye spektrum optiese frekwensie kam te verkry, is om 'n modus-geslote laser te gebruik.Enige twee kamseine in die gegenereerde optiese frekwensiekam word geselekteer deur te filter en in laser 1 en 2 onderskeidelik ingespuit om onderskeidelik frekwensie en fasesluiting te realiseer.Omdat die fase tussen die verskillende kamseine van die optiese frekwensiekam relatief stabiel is, sodat die relatiewe fase tussen die twee lasers stabiel is, en dan deur die metode van verskilfrekwensie soos voorheen beskryf, die veelvoudige frekwensie mikrogolfsein van die optiese frekwensie kam herhalingstempo verkry kan word.
Figuur 2. Skematiese diagram van mikrogolffrekwensieverdubbelingsein wat deur inspuitfrekwensiesluiting gegenereer word.
Nog 'n manier om die relatiewe fasegeraas van die twee lasers te verminder, is om 'n negatiewe terugvoer optiese PLL te gebruik, soos in Figuur 3 getoon.
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 fasedetektor), en dan word die faseverskil tussen die twee lasers verkry deur 'n verskilfrekwensie te maak met 'n verwysingsmikrogolf seinbron, wat versterk word en gefiltreer en dan teruggevoer na die frekwensiebeheereenheid van een van die lasers (vir halfgeleierlasers is dit die inspuitstroom).Deur so 'n negatiewe terugvoerbeheerlus word 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 gevolglike fasegeraas van die mikrogolfsein is amper dieselfde as dié van die verwysingsein binne die bandwydte van die fasegeslote negatiewe terugvoerlus.Die fasegeraas buite die bandwydte is gelyk aan die relatiewe fasegeraas van die oorspronklike twee onverwante lasers.
Daarbenewens kan die verwysingsmikrogolf seinbron ook deur ander seinbronne omgeskakel word deur frekwensieverdubbeling, delerfrekwensie of ander frekwensieverwerking, sodat die laerfrekwensie mikrogolfsein multiverdubbel kan word, of omgeskakel kan word na hoëfrekwensie RF, THz seine.
In vergelyking met inspuit frekwensie sluiting kan slegs frekwensie verdubbeling verkry, fase-geslote lusse is meer buigsaam, kan byna arbitrêre frekwensies produseer, en natuurlik meer kompleks.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-geslote lus word gebruik om die frekwensie van die twee lasers selektief aan die twee optiese kam seine te sluit, en dan te genereer hoëfrekwensie seine deur die verskilfrekwensie, soos getoon in Figuur 4. f1 en f2 is onderskeidelik die verwysingseinfrekwensies van die twee PLLS, en 'n mikrogolfsein van 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 PLLS.
3. Gebruik modus-geslote pulslaser om optiese pulssein om te skakel na mikrogolfsein deurfotodetektor.
Die grootste voordeel van hierdie metode is dat 'n sein met baie goeie frekwensiestabiliteit en baie lae fasegeraas verkry kan word.Deur die frekwensie van die laser te sluit aan 'n baie stabiele atoom- en molekulêre oorgangsspektrum, of 'n uiters stabiele optiese holte, en die gebruik van self-verdubbeling frekwensie eliminasie stelsel frekwensie verskuiwing en ander tegnologieë, kan ons 'n baie stabiele optiese puls sein met 'n baie stabiele herhalingsfrekwensie, om 'n mikrogolfsein met ultra-lae fasegeraas te verkry.Figuur 5.
Figuur 5. Vergelyking van relatiewe fasegeraas van verskillende seinbronne.
Omdat die polsherhalingstempo egter omgekeerd eweredig is aan die holtelengte van die laser, en die tradisionele modus-geslote laser groot is, is dit moeilik om hoëfrekwensie mikrogolfseine direk te verkry.Daarbenewens beperk die grootte, gewig en energieverbruik van tradisionele gepulseerde lasers, sowel as die streng 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 te genereer in baie klein, hoë kwaliteit tjirpmodus optiese holtes, wat op hul beurt hoëfrekwensie lae geraas mikrogolf seine 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 op te wek is om 'n self-terugvoer geslote lus 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 luslengte te vergroot en die voortplantingsverlies te minimaliseer.'n Langer lus kan egter gewoonlik die generering van veelvuldige ossillasiemodusse ondersteun, en as 'n smalbandwydtefilter bygevoeg word, kan 'n enkelfrekwensie lae-geraas mikrogolfossillasiesein verkry word.Foto-elektriese gekoppelde ossillator is 'n mikrogolf sein bron gebaseer op hierdie idee, dit maak ten volle gebruik van die vesel se lae voortplanting verlies eienskappe, met behulp van 'n langer vesel om die lus Q waarde te verbeter, kan 'n mikrogolf sein met baie lae fase geraas produseer.Sedert die metode in die 1990's 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 waarvan die frekwensies oor 'n wye reeks aangepas kan word, ontwikkel.Die hoofprobleem van mikrogolf seinbronne gebaseer op hierdie argitektuur is dat die lus lank is, en die geraas in sy vrye vloei (FSR) en sy dubbelfrekwensie 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 hoe langer vesel is meer sensitief vir omgewingsversteuring.
Bogenoemde stel kortliks verskeie metodes van foto-elektrongenerering van mikrogolfseine bekend, asook hul voordele en nadele.Ten slotte, die gebruik van foto-elektrone om mikrogolf te produseer het nog 'n voordeel, is dat die optiese sein versprei kan word deur die optiese vesel met baie lae verlies, langafstand transmissie na elke gebruik terminale en dan omgeskakel word in mikrogolf seine, en die vermoë om elektromagnetiese weerstand te weerstaan. interferensie is 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 in hierdie veld, is daar onakkuraathede en onbegrip, verstaan asseblief.
Postyd: Jan-03-2024