Mikroonda optoelektroniko, kiel la nomo sugestas, estas la intersekciĝo de mikroondoj kajOptoelectronics. Mikroondoj kaj malpezaj ondoj estas elektromagnetaj ondoj, kaj la frekvencoj estas multaj ordoj de grando malsamaj, kaj la komponentoj kaj teknologioj disvolvitaj en iliaj respektivaj kampoj estas tre malsamaj. Kombine, ni povas utiligi unu la alian, sed ni povas akiri novajn aplikojn kaj karakterizaĵojn, kiujn malfacilas realigi respektive.
Optika Komunikadoestas ĉefa ekzemplo de la kombinaĵo de mikroondoj kaj fotoelektronoj. Fruaj telefonaj kaj telegrafaj sendrataj konektoj, la generacio, disvastigo kaj ricevo de signaloj, ĉiuj uzataj mikroondaj aparatoj. Malaltaj frekvencaj elektromagnetaj ondoj estas uzataj komence ĉar la frekvenca gamo estas malgranda kaj la kanala kapablo por transdono estas malgranda. La solvo estas pliigi la oftecon de la transdonita signalo, des pli alta estas la ofteco, des pli spektraj rimedoj. Sed la alta frekvenca signalo en la aera disvastiga perdo estas granda, sed ankaŭ facile blokita de obstakloj. Se la kablo estas uzata, la perdo de la kablo estas granda, kaj longdistanca transdono estas problemo. La apero de optika fibra komunikado estas bona solvo por ĉi tiuj problemoj.Optika fibrohavas tre malaltan transdonan perdon kaj estas bonega portanto por transdoni signalojn laŭ longaj distancoj. La frekvenca gamo de lumaj ondoj estas multe pli granda ol tiu de mikroondoj kaj povas transdoni multajn malsamajn kanalojn samtempe. Pro ĉi tiuj avantaĝoj deOptika Transdono, Optika fibra komunikado fariĝis la spino de la hodiaŭa informa transdono.
Optika komunikado havas longan historion, esploradon kaj aplikon estas tre vastaj kaj maturaj, ĉi tie ne signifas pli. Ĉi tiu papero ĉefe enkondukas la novan esploran enhavon de mikroonda optoelektroniko en la lastaj jaroj krom optika komunikado. Mikroondaj optoelektronikoj ĉefe uzas la metodojn kaj teknologiojn en la kampo de optoelektroniko kiel la portanto por plibonigi kaj atingi la agadon kaj aplikon, kiujn malfacilas atingi per tradiciaj mikroondaj elektronikaj komponentoj. El la perspektivo de apliko, ĝi ĉefe inkluzivas la jenajn tri aspektojn.
La unua estas la uzo de optoelectronics por generi altfrekvencajn, malaltajn bruajn mikroondajn signalojn, de la X-bando ĝis la THz-bando.
Due, mikroonda signal -prilaborado. Inkluzive de prokrasto, filtrado, frekvenca konvertiĝo, ricevado kaj tiel plu.
Trie, la transdono de analogaj signaloj.
En ĉi tiu artikolo, la aŭtoro nur enkondukas la unuan parton, la generacion de mikroonda signalo. Tradicia mikroonda milimetra ondo estas ĉefe generita de III_V mikroelektronikaj komponentoj. Ĝiaj limigoj havas la jenajn punktojn: Unue, al altaj frekvencoj kiel 100 GHz supre, tradicia mikroelektroniko povas produkti malpli kaj malpli da potenco, al la pli alta frekvenca THz -signalo, ili povas fari nenion. Due, por malpliigi fazan bruon kaj plibonigi frekvencan stabilecon, la originala aparato devas esti metita en ekstreme malaltan temperaturon. Trie, estas malfacile atingi larĝan gamon de frekvenca modulado -frekvenca konvertiĝo. Por solvi ĉi tiujn problemojn, optoelektronika teknologio povas ludi rolon. La ĉefaj metodoj estas priskribitaj sube.
1 Tra la diferenca frekvenco de du malsamaj frekvencaj laseraj signaloj, alta frekvenca fotodetektilo estas uzata por konverti mikroondajn signalojn, kiel montrite en Figuro 1.
Figuro 1. Skema diagramo de mikroondoj generitaj de la diferenca ofteco de dulaseroj.
La avantaĝoj de ĉi tiu metodo estas simpla strukturo, povas generi ekstreme altan frekvencan milimetran ondon kaj eĉ THz -frekvencan signalon, kaj per ĝustigo de la frekvenco de la lasero povas efektivigi grandan gamon de rapida frekvenca konvertiĝo, balaita frekvenco. La malavantaĝo estas, ke la larĝa aŭ fazo -bruo de la diferenca frekvenca signalo generita de du senrilataj laseraj signaloj estas relative granda, kaj la frekvenca stabileco ne estas alta, precipe se duonkondukta lasero kun malgranda volumo sed granda larĝa larĝo (~ MHz) estas uzata. Se la postuloj pri volumena sistemo de pezo ne estas altaj, vi povas uzi solidajn statojn de malalta bruo (~ kHz),fibraj laseroj, ekstera kavoduonkonduktaĵaj laseroj, ktp. Krome, du malsamaj modoj de laseraj signaloj generitaj en la sama lasera kavo ankaŭ povas esti uzataj por generi diferencan frekvencon, tiel ke la mikroonda frekvenca stabileca agado multe plibonigas.
2. Por solvi la problemon, ke la du laseroj en la antaŭa metodo estas nekoheraj kaj la bruo de la signal -fazo generita estas tro granda, la koherenco inter la du laseroj povas esti akirita per la injekto -frekvenca ŝlosila ŝlosila metodo aŭ la negativa retrosciiga fazo -ŝlosila cirkvito. Figuro 2 montras tipan aplikon de injekto -ŝlosado por generi mikroondajn multoblojn (Figuro 2). Per rekte injektado de altfrekvencaj signaloj en duonkondukta lasero, aŭ uzante linbo3-fazan modulilon, multoblaj optikaj signaloj de malsamaj frekvencoj kun egala frekvenca interspaco povas esti generitaj, aŭ optikaj frekvencaj kombiloj. Kompreneble, la ofte uzata metodo por akiri larĝan spektran optikan frekvencan kombilon estas uzi reĝimon-ŝlositan laseron. Ĉiujn du kombilajn signalojn en la generita optika frekvenca kombilo estas elektitaj per filtrado kaj injektitaj en Laseron 1 kaj 2 respektive por realigi frekvencon kaj fazan ŝlosadon respektive. Ĉar la fazo inter la malsamaj kombilaj signaloj de la optika frekvenca kombilo estas relative stabila, tiel ke la relativa fazo inter la du laseroj estas stabila, kaj tiam per la metodo de diferenca frekvenco kiel priskribita antaŭe, la multflanka frekvenca mikroonda signalo de la optika frekvenca kombina ripeto povas esti akirita.
Figuro 2. Skema diagramo de mikroonda frekvenca duobliga signalo generita per injekto -frekvenca ŝlosado.
Alia maniero redukti la relativan fazan bruon de la du laseroj estas uzi negativan reagan optikan PLL, kiel montrite en Figuro 3.
Figuro 3. Skema diagramo de OPL.
La principo de optika PLL similas al tiu de PLL en la kampo de elektroniko. La fazo -diferenco de la du laseroj estas konvertita al elektra signalo per fotodetektilo (ekvivalenta al fazo -detektilo), kaj tiam la fazo -diferenco inter la du laseroj estas akirita farante diferencan frekvencon kun referenca mikroonda signalfonto, kiu estas amplifita kaj filtrita kaj tiam nutrita al la frekvenca kontrolo de unu el la lastoj (por semiuloj de la frekvenco). Per tia negativa retrosciiga buklo, la relativa frekvenca fazo inter la du laseraj signaloj estas ŝlosita al la referenca mikroonda signalo. La kombinita optika signalo tiam povas esti transdonita per optikaj fibroj al fotodetektilo aliloke kaj konvertita al mikroonda signalo. La rezulta fazo-bruo de la mikroonda signalo estas preskaŭ la sama kiel tiu de la referenca signalo ene de la larĝa bando de la faz-ŝlosita negativa reago-buklo. La fazo -bruo ekster la larĝa bando egalas al la relativa fazo -bruo de la originalaj du senrilataj laseroj.
Krome, la referenca mikroonda signalfonto ankaŭ povas esti konvertita per aliaj signalaj fontoj per frekvenca duobligo, divida frekvenco aŭ alia frekvenca prilaborado, tiel ke la pli malalta frekvenca mikroonda signalo povas esti multobligita, aŭ konvertita al altfrekvenca RF, THz-signaloj.
Kompare kun injekta frekvenca ŝlosado povas akiri nur frekvencajn duobligojn, faz-ŝlositaj bukloj estas pli flekseblaj, povas produkti preskaŭ arbitrajn frekvencojn, kaj kompreneble pli kompleksajn. Ekzemple, la optika frekvenca kombilo generita de la fotoelektra modulatoro en Figuro 2 estas uzata kiel la lumfonto, kaj la optika fazo-ŝlosita buklo estas uzata por selekti la frekvencon de la du laseroj al la du optikaj kombiloj, kaj tiam generi altajn frekvencojn, kaj ne-figuro de la figuro, kaj figuro 4. N*FREP+F1+F2 povas esti generita per la diferenca frekvenco inter la du laseroj.
Figuro 4. Skema diagramo de generado de arbitraj frekvencoj uzante optikajn frekvencajn kombilojn kaj PLLojn.
3. Uzu reĝimon-ŝlositan pulsan laseron por konverti optikan pulsan signalon en mikroondan signalon traFotodetektilo.
La ĉefa avantaĝo de ĉi tiu metodo estas, ke signalo kun tre bona frekvenca stabileco kaj tre malalta fazo -bruo povas esti akirita. Ŝlosante la frekvencon de la lasero al tre stabila atoma kaj molekula transira spektro, aŭ ekstreme stabila optika kavo, kaj la uzo de mem-dubinda frekvenca elimina sistemo-frekvenca movo kaj aliaj teknologioj, ni povas akiri tre stabilan optikan pulsan signalon kun tre stabila ripeto, tiel por akiri mikrowAVAVAVAVAVAVAVA-signalon kun microwAVA-fazo. Figuro 5.
Figuro 5. Komparo de relativa fazo -bruo de malsamaj signalaj fontoj.
Tamen, ĉar la pulsa ripeto-indico estas inverse proporcia al la kavo-longo de la lasero, kaj la tradicia reĝimo-ŝlosita lasero estas granda, estas malfacile akiri altajn frekvencajn mikroondajn signalojn rekte. Krome, la grandeco, pezo kaj energikonsumo de tradiciaj pulsaj laseroj, same kiel la severaj mediaj postuloj, limigas siajn ĉefe laboratoriajn aplikojn. Por venki ĉi tiujn malfacilaĵojn, esplorado lastatempe komenciĝis en Usono kaj Germanio uzante neliniajn efikojn por generi frekvenc-stabilajn optikajn kombilojn en tre malgrandaj, altkvalitaj Chirp-reĝimaj optikaj kavoj, kiuj siavice generas alt-frekvencajn malaltajn mikroondajn signalojn.
4. Opto Electronic Oscillator, Figuro 6.
Figuro 6. Skema diagramo de fotoelektra kuplita oscilo.
Unu el la tradiciaj metodoj por generi mikroondojn aŭ laserojn estas uzi memfrekvencan fermitan buklon, kondiĉe ke la gajno en la fermita buklo estas pli granda ol la perdo, la mem-ekscitita oscilado povas produkti mikroondojn aŭ laserojn. Ju pli alta estas la kvalita faktoro Q de la fermita buklo, des pli malgranda estas la generita signal -fazo aŭ frekvenca bruo. Por pliigi la kvalitan faktoron de la buklo, la rekta maniero estas pliigi la buklan longon kaj minimumigi la disvastigan perdon. Tamen, pli longa buklo kutime povas subteni la generacion de multnombraj modoj de oscilado, kaj se aldoniĝas mallarĝa larĝa larĝa filtrilo, oni povas akiri unufrekvencan malaltan bruan mikroondan oscilan signalon. Fotoelektra kuplita oscilo estas mikroonda signalfonto bazita sur ĉi tiu ideo, ĝi faras plenan uzon de la malaltaj disvastigaj trajtoj de la fibro, uzante pli longan fibron por plibonigi la buklan Q -valoron, povas produkti mikroondan signalon kun tre malalta fazo -bruo. Ĉar la metodo estis proponita en la 1990 -aj jaroj, ĉi tiu tipo de oscilo ricevis ampleksan esploradon kaj konsiderindan disvolviĝon, kaj nuntempe ekzistas komercaj fotoelektraj kuplitaj oscilatoroj. Pli lastatempe, fotoelektraj oscililoj kies frekvencoj povas esti ĝustigitaj super vasta gamo disvolviĝis. La ĉefa problemo de mikroondaj signalaj fontoj bazitaj sur ĉi tiu arkitekturo estas, ke la buklo estas longa, kaj la bruo en ĝia libera fluo (FSR) kaj ĝia duobla frekvenco estos signife pliigita. Krome, la fotoelektraj komponentoj uzataj estas pli, la kosto estas alta, la volumo malfacilas redukti, kaj la pli longa fibro estas pli sentema al media perturbo.
La supre mallonge enkondukas plurajn metodojn de fotoelektron -generacio de mikroondaj signaloj, same kiel iliajn avantaĝojn kaj malavantaĝojn. Finfine, la uzo de fotoelektronoj por produkti mikroondon havas alian avantaĝon estas, ke la optika signalo povas esti distribuita per la optika fibro kun tre malalta perdo, longdistanca transdono al ĉiu uzokutimo kaj tiam konvertita al mikroondaj signaloj, kaj la kapablo rezisti elektromagnetan interferon estas signife plibonigita ol tradiciaj elektronikaj komponentoj.
La verkado de ĉi tiu artikolo estas ĉefe por referenco, kaj kombinita kun la propra esplora sperto kaj sperto de la aŭtoro en ĉi tiu kampo, ekzistas malĝustaĵoj kaj nekomprenebleco, bonvolu kompreni.
Afiŝotempo: Jan-03-2024