Микротолкундуу оптоэлектроника, аты айтып тургандай, микротолкундар менен кесилишетоптоэлектроника. Микротолкундар жана жарык толкундары электромагниттик толкундар болуп саналат, ал эми жыштыктары ар кандай чоңдуктагы буйруктар жана алардын тиешелүү тармактарында иштелип чыккан компоненттер жана технологиялар абдан ар түрдүү. Комбинацияда биз бири-бирибиздин артыкчылыктарды алабыз, бирок биз жаңы колдонмолорду жана тиешелүүлүгүнө жараша ишке ашыруу кыйын болгон мүнөздөмөлөрдү ала алабыз.
Оптикалык байланышмикротолкундар менен фотоэлектрондордун айкалышынын эң сонун мисалы болуп саналат. Алгачкы телефондук жана телеграфтык зымсыз байланыштар, сигналдарды түзүү, жайылтуу жана кабыл алуу, бардык колдонулган микротолкундуу аппараттар. Төмөн жыштыктагы электромагниттик толкундар адегенде колдонулат, анткени жыштык диапазону кичинекей жана берүү үчүн каналдын сыйымдуулугу аз. Чечим берилүүчү сигналдын жыштыгын жогорулатуу, жыштык канчалык жогору болсо, спектр ресурстары ошончолук көп болот. Бирок абанын таралышын жоготуудагы жогорку жыштык сигналы чоң, бирок ошондой эле тоскоолдуктар менен тосулуп калуу оңой. Кабель колдонулса, кабелдин жоготуусу чоң болуп, алыс аралыкка берүү көйгөй жаратат. Оптикалык була байланышынын пайда болушу бул көйгөйлөрдүн жакшы чечими болуп саналат.Оптикалык булаөтө аз берүү жоготууга ээ жана алыс аралыктарга сигналдарды берүү үчүн мыкты алып жүрүүчү болуп саналат. Жарык толкундарынын жыштык диапазону микротолкундарга караганда бир топ чоң жана бир эле учурда көптөгөн ар түрдүү каналдарды өткөрө алат. Бул артыкчылыктары үчүноптикалык берүү, оптикалык була байланышы бүгүнкү күндө маалымат берүүнүн негизи болуп калды.
Оптикалык байланыш узак тарыхы бар, изилдөө жана колдонуу абдан кенен жана жетилген, бул жерде көп деп айтууга болбойт. Бул макалада, негизинен, микротолкундуу оптоэлектрониканын жаңы изилдөө мазмуну акыркы жылдарда оптикалык байланыштан башкасы менен тааныштырат. Микротолкундуу оптоэлектроника, негизинен, салттуу микротолкундуу электрондук компоненттер менен жетишүү кыйын болгон аткарууну жана колдонууну жакшыртуу жана жетүү үчүн ташуучу катары оптоэлектроника тармагындагы ыкмаларды жана технологияларды колдонот. Колдонуу көз карашынан алганда, ал негизинен төмөнкү үч аспектилерди камтыйт.
Биринчиси, X диапазонунан THz диапазонуна чейин жогорку өндүрүмдүүлүктөгү, аз ызы-чуулуу микротолкундуу сигналдарды түзүү үчүн оптоэлектрониканы колдонуу.
Экинчиден, микротолкундуу сигналды иштетүү. Анын ичинде кечигүү, чыпкалоо, жыштыктарды өзгөртүү, кабыл алуу ж.б.у.с.
Үчүнчүдөн, аналогдук сигналдарды берүү.
Бул макалада автор микротолкундуу сигналдын генерациясынын биринчи бөлүгүн гана киргизет. Салттуу микротолкундуу миллиметрдик толкун негизинен iii_V микроэлектрондук компоненттер тарабынан түзүлөт. Анын чектөөлөрү төмөнкү пункттарга ээ: Биринчиден, жогорудагы 100 ГГц сыяктуу жогорку жыштыктарга, салттуу микроэлектроника азыраак жана азыраак кубаттуулукту чыгара алат, жогорку жыштык THz сигналына, алар эч нерсе кыла албайт. Экинчиден, фазалык ызы-чууну азайтуу жана жыштыктын туруктуулугун жакшыртуу үчүн, баштапкы аппаратты өтө төмөн температура чөйрөсүнө жайгаштыруу керек. Үчүнчүдөн, жыштык модуляциясынын жыштыгын конверсиялоонун кеңири диапазонуна жетишүү кыйын. Бул көйгөйлөрдү чечүү үчүн оптоэлектрондук технология роль ойной алат. Негизги ыкмалары төмөндө баяндалган.
1. 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, эки түрдүү жыштыктагы лазердик сигналдардын айырма жыштыгы аркылуу микротолкундуу сигналдарды которуу үчүн жогорку жыштыктагы фотодетектор колдонулат.
Сүрөт 1. Эки жыштыктын айырмасы менен түзүлгөн микротолкундардын схемалык схемасылазерлер.
Бул ыкманын артыкчылыктары жөнөкөй түзүлүшү болуп саналат, өтө жогорку жыштык миллиметр толкунун жана ал тургай, THz жыштык сигналын жаратышы мүмкүн, жана лазердин жыштыгын жөнгө салуу менен тез жыштык кайра, шыпыруу жыштыгы бир чоң диапазонду жүзөгө ашыра алат. Кемчилиги эки байланышпаган лазердик сигналдар тарабынан түзүлгөн айырма жыштык сигналынын линиясынын кеңдиги же фазалык ызы-чуусу салыштырмалуу чоң жана жыштыктын туруктуулугу жогору эмес, айрыкча көлөмү аз, бирок линиясынын кеңдиги (~МГц) чоң жарым өткөргүч лазер болсо. колдонулган. Эгер тутумдун салмагынын көлөмүнө талаптар жогору болбосо, ызы-чуусу төмөн (~ кГц) катуу абалдагы лазерлерди,була лазерлери, тышкы көңдөйжарым өткөргүч лазер, ж.б.. Мындан тышкары, бир эле лазер көңдөйүндө түзүлгөн лазер сигналдарынын эки башка режими да айырма жыштыгын түзүү үчүн колдонулушу мүмкүн, ошондуктан микротолкундуу жыштыктын туруктуулугу бир топ жакшырат.
2. Мурунку ыкмадагы эки лазердин когеренттүү эмес жана түзүлгөн сигнал фазасынын ызы-чуусу өтө чоң болгон көйгөйдү чечүү үчүн, эки лазердин ортосундагы когеренттүүлүк инжектордук жыштык кулпулоо баскычын кулпулоо ыкмасы же терс пикир фазасы менен алынышы мүмкүн. блокировка схемасы. 2-сүрөт микротолкундуу көптүктөрдү түзүү үчүн инъекциялык кулпулоонун типтүү колдонулушун көрсөтөт (2-сүрөт). Жогорку жыштыктагы ток сигналдарын жарым өткөргүч лазерге түздөн-түз киргизүү менен же LinBO3 фазалуу модуляторду колдонуу менен бирдей жыштык аралыгы менен ар кандай жыштыктагы бир нече оптикалык сигналдарды же оптикалык жыштык тарактарын түзүүгө болот. Албетте, кеңири спектрдеги оптикалык жыштык тарагын алуу үчүн кеңири колдонулган ыкма режим-кулпуланган лазерди колдонуу болуп саналат. Түзүлгөн оптикалык жыштык тарагындагы каалаган эки тарак сигналы чыпкалоо жолу менен тандалып алынат жана тиешелүүлүгүнө жараша жыштык жана фазалык кулпуну ишке ашыруу үчүн 1 жана 2-лазерге сайылат. Оптикалык жыштык тарагынын ар кандай тарак сигналдарынын ортосундагы фаза салыштырмалуу туруктуу болгондуктан, эки лазердин ортосундагы салыштырмалуу фаза туруктуу болот, андан кийин мурда сүрөттөлгөндөй айырма жыштык ыкмасы менен, көп кабаттуу жыштык микротолкундуу сигнал оптикалык жыштык тарак кайталоо ылдамдыгын алууга болот.
Сүрөт 2. Инъекциялык жыштык кулпусу аркылуу түзүлгөн микротолкундуу жыштыктын эки эселенген сигналынын схемалык диаграммасы.
Эки лазердин салыштырмалуу фазалык ызы-чуусун азайтуунун дагы бир жолу - 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй терс пикир оптикалык PLL колдонуу.
Сүрөт 3. OPL схемасы.
Оптикалык PLL принциби электроника тармагындагы PLL принцибине окшош. Эки лазердин фазалык айырмасы фотодетектор тарабынан электрдик сигналга айландырылат (фазалык детекторго барабар), андан кийин эки лазердин ортосундагы фазалардын айырмасы күчөтүлгөн эталондук микротолкундуу сигнал булагы менен айырма жыштыгын түзүү жолу менен алынат. жана чыпкаланып, анан кайра лазерлердин биринин жыштыгын башкаруу блогуна берилет (жарым өткөргүч лазерлер үчүн бул инъекциялык ток). Мындай терс пикирди башкаруу цикли аркылуу эки лазер сигналынын ортосундагы салыштырмалуу жыштык фазасы эталондук микротолкундуу сигналга бекитилет. Андан кийин бириккен оптикалык сигнал оптикалык була аркылуу башка жердеги фотодетекторго өткөрүлүп, микротолкундуу сигналга айландырылат. Микротолкундуу сигналдын пайда болгон фазалык ызы-чуусу фазалуу блоктолгон терс пикир байланыш циклинин өткөрүү жөндөмдүүлүгүндөгү эталондук сигналга дээрлик окшош. Өткөөлдүүлүктүн кеңдигинен тышкары фазалык ызы-чуу баштапкы эки байланышпаган лазердин салыштырмалуу фазалык ызы-чуусуна барабар.
Мындан тышкары, микротолкундуу сигналдын эталондук булагы башка сигнал булактары тарабынан жыштыкты эки эсеге көбөйтүү, бөлүүчү жыштык же башка жыштык иштетүү аркылуу өзгөртүлүшү мүмкүн, андыктан төмөнкү жыштыктагы микротолкундуу сигналды эки эсеге көбөйтүүгө же жогорку жыштыктагы RF, THz сигналдарына айландырууга болот.
Инъекция жыштыгын кулпулоо менен салыштырганда жыштыкты эки эсеге көбөйтүүнү гана ала алат, фазалык кулпуланган циклдер ийкемдүү, дээрлик ыктыярдуу жыштыктарды чыгара алат жана, албетте, татаалыраак. Мисалы, 2-сүрөттөгү фотоэлектрдик модулятор тарабынан түзүлгөн оптикалык жыштык тарагы жарык булагы катары колдонулат, ал эми оптикалык фаза кулпуланган цикл эки лазердин жыштыгын эки оптикалык тарак сигналына тандап бекитүү үчүн колдонулат, андан кийин 4-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, айырма жыштыгы аркылуу жогорку жыштыктагы сигналдар. f1 жана f2 тиешелүүлүгүнө жараша эки PLLSтин эталондук сигнал жыштыктары болуп саналат жана N*frep+f1+f2 микротолкундуу сигналы жыштыктын айырмасы аркылуу түзүлүшү мүмкүн. эки лазер.
Сүрөт 4. Оптикалык жыштык тарактарын жана PLLSти колдонуу менен ыктыярдуу жыштыктарды түзүүнүн схемалык диаграммасы.
3. Оптикалык импульстук сигналды микротолкундуу сигналга айландыруу үчүн режим кулпуланган импульстук лазерди колдонуңузфотодетектор.
Бул ыкманын негизги артыкчылыгы абдан жакшы жыштык туруктуулугу жана өтө төмөн фазалык ызы-чуу менен сигналды алууга болот. Лазердин жыштыгын өтө туруктуу атомдук жана молекулярдык өтүү спектрине же өтө туруктуу оптикалык көңдөйгө бекитип, өзүн-өзү эки эселенген жыштыктарды жок кылуу системасынын жыштык жылышын жана башка технологияларды колдонуу менен биз абдан туруктуу оптикалык импульс сигналын ала алабыз. өтө төмөн фазалык ызы-чуу менен микротолкундуу сигналды алуу үчүн абдан туруктуу кайталоо жыштыгы. 5-сүрөт.
Сүрөт 5. Ар кандай сигнал булактарынын салыштырмалуу фазалык ызы-чуусун салыштыруу.
Бирок, импульстун кайталануу ылдамдыгы лазердин көңдөйүнүн узундугуна тескери пропорционалдуу болгондуктан жана салттуу режимде кулпуланган лазер чоң болгондуктан, жогорку жыштыктагы микротолкундуу сигналдарды түздөн-түз алуу кыйынга турат. Мындан тышкары, салттуу импульстук лазерлердин өлчөмү, салмагы жана энергия керектөөсү, ошондой эле катаал экологиялык талаптар алардын негизинен лабораториялык колдонуусун чектейт. Бул кыйынчылыктарды жеңүү үчүн жакында Америка Кошмо Штаттарында жана Германияда сызыктуу эмес эффекттерди колдонуу менен изилдөөлөр башталды, алар өтө кичинекей, жогорку сапаттагы чирк режиминдеги оптикалык көңдөйлөрдө жыштыкка туруктуу оптикалык тарактарды генерациялоодо, бул өз кезегинде жогорку жыштыктагы төмөнкү ызы-чуу микротолкундуу сигналдарды жаратат.
4. оптоэлектрондук осциллятор, 6-сүрөт.
Сүрөт 6. Фотоэлектрдик кошулган осциллятордун схемалык схемасы.
Микротолкундарды же лазерлерди түзүүнүн салттуу ыкмаларынын бири болуп, жабык циклдеги пайда жоготуудан көбүрөөк болсо, өзүн-өзү кайтаруу жабык циклин колдонуу болуп саналат, өзүн-өзү козгогон термелүү микротолкундарды же лазерлерди чыгарышы мүмкүн. Жабык контурдун сапат фактору Q канчалык жогору болсо, сигналдын пайда болгон фазасы же жыштык ызы-чуусу ошончолук аз болот. Циклдин сапаттык факторун жогорулатуу үчүн түз жол - циклдин узундугун көбөйтүү жана таралуу жоготууларын минималдаштыруу. Бирок, узунураак цикл, адатта, термелүүнүн бир нече режимдерин генерациялоону колдой алат жана тар тилкелүү чыпка кошулса, бир жыштыктагы төмөнкү ызы-чуулуу микротолкундуу термелүү сигналын алууга болот. Фотоэлектрдик кошулган осциллятор бул идеянын негизинде микротолкундуу сигналдын булагы болуп саналат, ал жипченин аз таралуу жоготуу мүнөздөмөлөрүн толук колдонот, Q циклинин маанисин жакшыртуу үчүн узунураак жипти колдонуп, өтө төмөн фазалык ызы-чуу менен микротолкундуу сигналды чыгара алат. Метод 1990-жылдары сунушталгандан бери, осциллятордун бул түрү кеңири изилдөөлөрдү жана олуттуу иштеп чыгууларды алды жана учурда коммерциялык фотоэлектрдик осцилляторлор бар. Жакында жыштыктары кеңири диапазондо жөнгө салынуучу фотоэлектрдик осцилляторлор иштелип чыкты. Бул архитектурага негизделген микротолкундуу сигнал булактарынын негизги көйгөйү циклдин узундугунда жана анын эркин агымындагы ызы-чуу (FSR) жана анын кош жыштыгы кыйла жогорулайт. Мындан тышкары, колдонулган фотоэлектрдик компоненттер көбүрөөк, баасы жогору, көлөмүн азайтуу кыйын, ал эми узун жипче айлана-чөйрөнүн бузулушуна көбүрөөк сезгич келет.
Жогоруда кыскача микротолкундуу сигналдарды фотоэлектрондук генерациялоонун бир нече ыкмалары, ошондой эле алардын артыкчылыктары жана кемчиликтери менен тааныштырат. Акыр-аягы, микротолкундарды өндүрүү үчүн фотоэлектрондорду колдонуу дагы бир артыкчылыгы бар оптикалык сигнал өтө аз жоготуу менен оптикалык була аркылуу таркатылышы мүмкүн, ар бир колдонуу терминалына алыс аралыкка берилиши жана андан кийин микротолкундуу сигналдарга айландырылат, ошондой эле электромагниттик сигналдарга каршы туруу мүмкүнчүлүгү. тоскоолдуктар салттуу электрондук компоненттерге караганда кыйла жакшырды.
Бул макаланы жазуу негизинен маалымдама үчүн жана автордун өзүнүн изилдөө тажрыйбасы жана бул тармактагы тажрыйбасы менен айкалышып, так эместиктер жана түшүнүксүздүктөр бар, түшүнүңүз.
Посттун убактысы: 2024-жылдын 3-январына чейин