Mikroonda optoelektroniko, kiel la nomo sugestas, estas la intersekco de mikroondoj kajoptoelektroniko.Mikroondoj kaj lum-ondoj estas elektromagnetaj ondoj, kaj la frekvencoj estas multaj grandordoj malsamaj, kaj la komponantoj kaj teknologioj evoluigitaj en siaj respektivaj kampoj estas tre malsamaj.En kombinaĵo, ni povas utiligi unu la alian, sed ni povas akiri novajn aplikojn kaj karakterizaĵojn kiuj estas malfacile realigeblaj respektive.
Optika komunikadoestas ĉefekzemplo de la kombinaĵo de mikroondoj kaj fotoelektronoj.Fruaj telefonaj kaj telegrafaj sendrataj komunikadoj, la generacio, disvastigo kaj ricevo de signaloj, ĉiuj uzis mikroondajn aparatojn.Malaltfrekvencaj elektromagnetaj ondoj estas uzitaj komence ĉar la frekvencintervalo estas malgranda kaj la kanalkapacito por dissendo estas malgranda.La solvo estas pliigi la frekvencon de la elsendita signalo, des pli alta estas la frekvenco, des pli da spektraj rimedoj.Sed la altfrekvenca signalo en la aero disvastigo perdo estas granda, sed ankaŭ facile blokebla per obstakloj.Se la kablo estas uzata, la perdo de la kablo estas granda, kaj longdistanca dissendo estas problemo.La apero de optika fibro komunikado estas bona solvo al ĉi tiuj problemoj.Optika fibrohavas tre malaltan dissendperdon kaj estas bonega portanto por elsendado de signaloj sur longdistancoj.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 fibro komunikado fariĝis la spino de la hodiaŭa informa dissendo.
Optika komunikado havas longan historion, esplorado kaj apliko estas tre vastaj kaj maturaj, ĉi tie ne volas diri pli.Ĉi tiu artikolo ĉefe enkondukas la novan esploran enhavon de mikroonda optoelektroniko en la lastaj jaroj krom optika komunikado.Mikroonda optoelektroniko ĉefe uzas la metodojn kaj teknologiojn en la kampo de optoelektroniko kiel la portanto por plibonigi kaj atingi la agadon kaj aplikon, kiuj malfacilas atingi kun tradiciaj mikroondaj elektronikaj komponantoj.De la perspektivo de apliko, ĝi ĉefe inkluzivas la sekvajn tri aspektojn.
La unua estas la uzo de optoelektroniko por generi alt-efikecajn, malaltbruajn mikroondsignalojn, de la X-grupo ĝis la THz-grupo.
Due, mikroonda signal-prilaborado.Inkluzive de prokrasto, filtrado, frekvenca konvertiĝo, ricevado ktp.
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 plejparte generita per iii_V mikroelektronikaj komponentoj.Ĝiaj limigoj havas la sekvajn punktojn: Unue, al altaj frekvencoj kiel 100GHz supre, tradicia mikroelektroniko povas produkti malpli kaj malpli da potenco, al la pli alta ofteco THz signalo, ili povas fari nenion.Due, por redukti fazan bruon kaj plibonigi frekvencan stabilecon, la originala aparato devas esti metita en ekstreme malaltan temperaturmedion.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. Per la diferenco-frekvenco de du malsamaj frekvencaj laseraj signaloj, altfrekvenca fotodetektilo estas uzata por konverti mikroondajn signalojn, kiel montrite en Figuro 1.
Figuro 1. Skema diagramo de mikroondoj generitaj per la diferencofrekvenco de dulaseroj.
La avantaĝoj de ĉi tiu metodo estas simpla strukturo, povas generi ekstreme altfrekvencan milimetran ondon kaj eĉ THz-frekvencan signalon, kaj ĝustigante la frekvencon de la lasero povas efektivigi grandan gamon de rapida frekvenca konvertiĝo, balaa frekvenco.La malavantaĝo estas, ke la linilarĝo aŭ faza bruo de la diferenco-frekvenca signalo generita de du senrilataj lasersignaloj estas relative granda, kaj la frekvencstabileco ne estas alta, precipe se duonkondukta lasero kun malgranda volumeno sed granda linilarĝo (~MHz) estas. uzata.Se la postuloj de la pezo de la sistemo ne estas altaj, vi povas uzi malaltajn bruajn (~kHz) solidsubstantajn laserojn,fibraj laseroj, ekstera kavosemikonduktaĵaj laseroj, ktp Krome, du malsamaj reĝimoj de laseraj signaloj generitaj en la sama lasera kavo ankaŭ povas esti uzataj por generi diferencon de frekvenco, tiel ke la mikroonda frekvenca stabileco agado estas multe plibonigita.
2. Por solvi la problemon, ke la du laseroj en la antaŭa metodo estas nekoheraj kaj la signala faza bruo generita estas tro granda, la kohereco inter la du laseroj povas esti akirita per la injektofrekvenca ŝlosa fazo ŝlosa metodo aŭ la negativa sugesta fazo. ŝlosa cirkvito.Figuro 2 montras tipan aplikon de injektoŝlosado por generi mikroondajn multoblojn (Figuro 2).Rekte injektante altfrekvencajn nunajn signalojn en duonkonduktaĵlaseron, aŭ uzante LinBO3-fazan modulaton, multoblaj optikaj signaloj de malsamaj frekvencoj kun egala frekvenca interspacigo povas esti generitaj, aŭ optikaj frekvenckombiloj.Kompreneble, la ofte uzata metodo por akiri larĝan spektran optikan frekvencan kombilon estas uzi reĝim-ŝlositan laseron.Ajna du kombilsignaloj 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 diferenco-frekvenco kiel priskribite antaŭe, la multobla frekvenca mikroonda signalo de la optika frekvenco kombilo ripeto indico povas esti akirita.
Figuro 2. Skema diagramo de mikroonda frekvenca duobliga signalo generita per injekta frekvenca ŝlosado.
Alia maniero redukti la relativan fazbruon de la du laseroj estas uzi negativan religon optikan PLL, kiel montrite en Figuro 3.
Figuro 3. Skema diagramo de OPL.
La principo de optika PLL estas simila al tiu de PLL en la kampo de elektroniko.La fazdiferenco de la du laseroj estas konvertita en elektran signalon per fotodetektilo (ekvivalenta al fazdetektilo), kaj tiam la fazdiferenco inter la du laseroj estas akirita farante diferencofrekvencon kun referenca mikroonda signalfonto, kiu estas plifortigita. kaj filtrita kaj tiam provizita reen al la frekvenca kontrolunuo de unu el la laseroj (por semikonduktaĵlaseroj, ĝi estas la injektofluo).Tra tia negativa reago kontrolbuklo, la relativa frekvenca fazo inter la du lasersignaloj estas ŝlosita al la referenca mikroondsignalo.La kombinita optika signalo tiam povas esti elsendita tra optikaj fibroj al fotodetektilo aliloke kaj konvertita en mikroondsignalon.La rezulta fazbruo de la mikroondsignalo estas preskaŭ la sama kiel tiu de la referencsignalo ene de la bendolarĝo de la faz-ŝlosita negativa religbuklo.La fazbruo ekster la bendolarĝo estas egala al la relativa fazbruo de la originaj du senrilataj laseroj.
Krome, la referenca mikroonda signalfonto ankaŭ povas esti konvertita per aliaj signalfontoj per frekvenca duobligo, divizora frekvenco aŭ alia frekvenca prilaborado, tiel ke la pli malalta frekvenca mikroondsignalo povas esti multobla, aŭ konvertita al altfrekvencaj RF, THz signaloj.
Kompare al injekta frekvenco-ŝlosado povas nur akiri frekvencduobligon, faz-ŝlositaj maŝoj estas pli flekseblaj, povas produkti preskaŭ arbitrajn frekvencojn, kaj kompreneble pli kompleksaj.Ekzemple, la optika frekvenca kombilo generita de la fotoelektra modulilo en Figuro 2 estas uzata kiel la lumfonto, kaj la optika faz-ŝlosita buklo estas uzata por selekteme ŝlosi la frekvencon de la du laseroj al la du optikaj kombilaj signaloj, kaj poste generi. altfrekvencaj signaloj tra la diferencofrekvenco, kiel montrite en Figuro 4. f1 kaj f2 estas la referencaj signalfrekvencoj de la du PLLS respektive, kaj mikroondsignalo de N*frep+f1+f2 povas esti generita per la diferencofrekvenco inter la du laseroj.
Figuro 4. Skema diagramo de generado de arbitraj frekvencoj per optikaj frekvencaj kombiloj kaj PLLS.
3. Uzu reĝim-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 frekvencstabileco kaj tre malalta faza bruo povas esti akirita.Ŝlosante la frekvencon de la lasero al tre stabila atoma kaj molekula transira spektro, aŭ ekstreme stabila optika kavaĵo, kaj la uzo de mem-duobla frekvenca eliminsistemo frekvencoŝanĝo kaj aliaj teknologioj, ni povas akiri tre stabilan optikan pulssignalon kun tre stabila ripetfrekvenco, por akiri mikroondan signalon kun ultra-malalta faza bruo.Figuro 5.
Figuro 5. Komparo de relativa faza bruo de malsamaj signalfontoj.
Tamen, ĉar la pulso-ripetfrekvenco estas inverse proporcia al la kavlongo de la lasero, kaj la tradicia reĝim-ŝlosita lasero estas granda, estas malfacile akiri altfrekvencajn mikroondsignalojn rekte.Krome, la grandeco, pezo kaj energikonsumo de tradiciaj pulsaj laseroj, same kiel la severaj mediaj postuloj, limigas iliajn ĉefe laboratoriajn aplikojn.Por venki ĉi tiujn malfacilaĵojn, esploro lastatempe komenciĝis en Usono kaj Germanio uzante neliniajn efikojn por generi frekvenc-stabilajn optikaj kombiloj en tre malgrandaj, altkvalitaj ĉirpreĝimaj optikaj kavaĵoj, kiuj siavice generas altfrekvencajn malaltbruajn mikroondsignalojn.
4. opto-elektronika oscilatoro, Figuro 6.
Figuro 6. Skema diagramo de fotoelektra kunligita oscilatoro.
Unu el la tradiciaj metodoj por generi mikroondojn aŭ laserojn estas uzi mem-religon fermitan buklon, kondiĉe ke la gajno en la fermita buklo estas pli granda ol la perdo, la mem-ekscita oscilado povas produkti mikroondojn aŭ laserojn.Ju pli alta la kvalita faktoro Q de la fermita buklo, des pli malgranda la generita signalfazo aŭ frekvenca bruo.Por pliigi la kvalitfaktoron de la buklo, la rekta maniero estas pliigi la buklolongon kaj minimumigi la disvastigperdon.Tamen, pli longa buklo povas kutime apogi la generacion de multoblaj reĝimoj de oscilado, kaj se mallarĝ-bendolarĝa filtrilo estas aldonita, unufrekvenca malaltbrua mikroonda osciladosignalo povas esti akirita.Fotoelektra kunligita oscilatoro estas mikroonda signalfonto bazita sur ĉi tiu ideo, ĝi faras plenan uzon de la malalta disvastigo perdo karakterizaĵoj de la fibro, uzante pli longan fibron por plibonigi la buklo Q valoro, povas produkti mikroondan signalon kun tre malalta fazo bruo.Ĉar la metodo estis proponita en la 1990-aj jaroj, tiu speco de oscilatoro ricevis ampleksan esploradon kaj konsiderindan evoluon, kaj ekzistas nuntempe komercaj fotoelektraj kunligitaj oscilatoroj.Pli lastatempe, fotoelektraj oscilatoroj kies frekvencoj povas esti alĝustigitaj en larĝa gamo estis evoluigitaj.La ĉefa problemo de mikroondaj signalfontoj 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 komponantoj uzataj estas pli, la kosto estas alta, la volumo malfacilas redukti, kaj la pli longa fibro estas pli sentema al media perturbo.
Ĉi-supra nelonge enkondukas plurajn metodojn de fotoelektrona generacio de mikroondaj signaloj, same kiel iliajn avantaĝojn kaj malavantaĝojn.Fine, la uzo de fotoelektronoj por produkti mikroondon havas alian avantaĝon estas, ke la optika signalo povas esti distribuita tra la optika fibro kun tre malalta perdo, longdistanca transdono al ĉiu uzterminalo kaj poste konvertita en mikroondsignalojn, kaj la kapablo rezisti elektromagnetan. interfero estas signife plibonigita ol tradiciaj elektronikaj komponantoj.
La verkado de ĉi tiu artikolo estas ĉefe por referenco, kaj kombinita kun la propra esplorsperto kaj sperto de la aŭtoro en ĉi tiu kampo, estas eraroj kaj nekomprenemo, bonvolu kompreni.
Afiŝtempo: Jan-03-2024