Мікрохвильова оптоелектроніка, як випливає з назви, це перетин мікрохвильової печі таоптоелектроніка. Мікрохвильові печі та легкі хвилі - це електромагнітні хвилі, а частоти - це багато порядків, і компоненти та технології, розроблені у відповідних галузях, дуже різні. У поєднанні ми можемо скористатися один одним, але ми можемо отримати нові програми та характеристики, які важко реалізувати відповідно.
Оптичне спілкуванняє головним прикладом поєднання мікрохвильових печей та фотоелектронів. Ранні телефонні та телеграфні бездротові комунікації, покоління, поширення та прийом сигналів, всі використовувані мікрохвильові пристрої. Електромагнітні хвилі з низькою частотою використовуються спочатку, оскільки діапазон частот невеликий, а ємність каналу для передачі невелика. Рішення полягає у збільшенні частоти переданого сигналу, тим вище частота, тим більше ресурсів спектру. Але сигнал високої частоти в втраті поширення повітря великий, але також легко заблокувати перешкоди. Якщо використовується кабель, втрата кабелю велика, а передача на великі відстані-це проблема. Поява оптичної волокнистої комунікації є хорошим рішенням цих проблем.Оптичне волокномає дуже низьку втрату передачі і є чудовим носієм для передачі сигналів на великі відстані. Частотний діапазон легких хвиль набагато більший, ніж у мікрохвильових печей і може одночасно передавати багато різних каналів. Через ці перевагиоптична передача, Зв'язок оптичного волокна стало основою сьогоднішньої інформаційної передачі.
Оптична комунікація має довгу історію, дослідження та застосування є дуже великими та зрілими, ось не говорити більше. У цьому документі в основному представлено новий зміст досліджень мікрохвильової оптоелектроніки в останні роки, крім оптичної комунікації. Мікрохвильова оптоелектроніка в основному використовує методи та технології в галузі оптоелектроніки як носія для покращення та досягнення продуктивності та застосування, які важко досягти за допомогою традиційних мікрохвильових електронних компонентів. З точки зору застосування, він в основному включає наступні три аспекти.
Перший-це використання оптоелектроніки для генерування високопродуктивних мікрохвильових сигналів з низьким рівнем шуму від X-діапазону аж до смуги THZ.
По -друге, обробка мікрохвильових сигналів. Включаючи затримку, фільтрацію, перетворення частоти, отримання тощо.
По -третє, передача аналогових сигналів.
У цій статті автор лише вводить першу частину, генерацію мікрохвильового сигналу. Традиційна мікрохвильова міліметрова хвиля в основному генерується мікроелектронними компонентами III_V. Її обмеження мають такі моменти: По -перше, до високих частот, таких як 100 ГГц вище, традиційна мікроелектроніка може виробляти все менше і менше потужності, до більш високої частотної сигналу ТГц, вони нічого не можуть зробити. По -друге, для зменшення фазового шуму та підвищення стабільності частоти початковий пристрій потрібно розмістити в надзвичайно низькому температурному середовищі. По -третє, важко досягти широкого спектру частоти частотної модуляції. Для вирішення цих проблем оптоелектронна технологія може відігравати певну роль. Основні методи описані нижче.
1. Через різницю частоти двох різних частотних лазерних сигналів високочастотний фотодетектор використовується для перетворення мікрохвильових сигналів, як показано на малюнку 1.
Малюнок 1. Схематична схема мікрохвильових печей, що генерується за допомогою різниці частоти двохлазери.
Переваги цього методу - це проста структура, може генерувати надзвичайно високочастотну міліметрову хвилю і навіть сигнал частоти ТГц, а шляхом регулювання частоти лазера може здійснювати великий діапазон швидкої перетворення частоти, частоти розгортання. Недоліком є те, що ширина лінії або фазовий шум різниці частотного сигналу, що генерується двома непов'язаними лазерними сигналами, є відносно великим, а стабільність частоти не висока, особливо якщо напівпровідниковий лазер з невеликим обсягом, але використовується велика ширина лінії (~ МГц). Якщо вимоги до обсягу ваги системи не високі, ви можете використовувати лазери з низьким рівнем шуму (~ кГц), твердотільних лазерів,волокно -лазери, зовнішня порожнинанапівпровідникові лазериі т. Д. Крім того, два різних режими лазерних сигналів, що утворюються в одній лазерній порожнині, також можуть бути використані для генерації частоти різниці, так що продуктивність стійкості мікрохвильових частот значно покращується.
2. Для вирішення проблеми того, що два лазери в попередньому методі є непослідовними, а генерований шум сигнальної фази є занадто великим, узгодженість між двома лазерами може бути отримана методом блокування частоти фази або негативним фазовим ланцюгом фази. На малюнку 2 показано типове застосування блокування вприскування для генерації мікрохвильових кратних (рис. 2). Прямо впорскування сигналів високої частоти в напівпровідниковий лазер або за допомогою модулятора LINBO3-фази, можна генерувати кілька оптичних сигналів різних частот з рівними частотою, або оптичними гребінцями. Звичайно, загально використовуваний метод для отримання широкого гребінця оптичної частоти спектру-це використання лазера, що замикається режимом. Будь -які два гребінці в генерованій гребінці оптичної частоти вибираються шляхом фільтрації та введення в лазер 1 та 2 відповідно для реалізації частоти та блокування фаз відповідно. Оскільки фаза між різними гребінцями сигналів оптичної частоти є відносно стабільною, так що відносна фаза між двома лазерами є стабільною, а потім за методом різниці частоти, як описано раніше, можна отримати багаторазову частотну мікрохвильову сигналу оптичної частоти.
Малюнок 2. Схематична схема сигналу подвоєння частоти мікрохвильової печі, що генерується за допомогою блокування частоти впорскування.
Ще один спосіб зменшити відносний фазовий шум двох лазерів - використовувати негативний оптичний PLL зворотного зв'язку, як показано на малюнку 3.
Малюнок 3. Схематична схема Опл.
Принцип оптичного ПЛЛ аналогічний принципі PLL у галузі електроніки. Різниця фаз двох лазерів перетворюється в електричний сигнал фотоприймачем (еквівалентний фазового детектора), а потім різниця фаз між двома лазерами отримується шляхом різниці частоти з опорним джерелом мікрохвильового сигналу, яке посилюється та фільтрується, а потім подається назад до контролю частоти частоти, що має ін'єкцію). Завдяки такому циклу контролю негативного зворотного зв'язку відносна фаза частоти між двома лазерними сигналами блокується до опорного мікрохвильового сигналу. Потім комбінований оптичний сигнал може передаватися через оптичні волокна до фотодетектора в інших місцях і перетворюватися на мікрохвильову сигнал. Отриманий фазовий шум мікрохвильового сигналу майже такий же, як і в опорному сигналі в межах пропускної здатності циклу негативного зворотного зв'язку фазовим. Фазовий шум поза пропускною здатністю дорівнює відносному фазовому шуму оригінальних двох непов'язаних лазерів.
Крім того, еталонне джерело мікрохвильового сигналу також може бути перетворене іншими джерелами сигналу через подвоєння частоти, частоту дільника або іншу обробку частоти, щоб мікрохвильовий сигнал нижньої частоти може бути багаторазовий або перетворений на високочастотні RF, THZ-сигнали.
Порівняно з блокуванням частоти ін'єкцій може отримати лише подвоєння частоти, фазові петлі є більш гнучкими, можуть виробляти майже довільні частоти, і, звичайно, складніші. Наприклад, оптична частота, що генерується фотоелектричним модулятором на малюнку 2, використовується як джерело світла, а оптична фазова фазова петля використовується для вибіркового блокування частоти двох лазерів до двох оптичних герметичних сигналів, а потім генерування високої частоти частоти різниці, як показано на рисунку 4. N*Frep+F1+F2 можна генерувати за допомогою різниці частоти між двома лазерами.
Малюнок 4. Схематична схема генерування довільних частот за допомогою оптичних гребінців та ПЛЛ.
3. Використовуйте лазер імпульсу, замиканий режимомфотодетектор.
Основна перевага цього методу полягає в тому, що можна отримати сигнал з дуже хорошою стабільністю частоти та дуже низьким фазовим шумом. Забезпечуючи частоту лазера до дуже стабільного атомного та молекулярного перехідного спектру, або надзвичайно стабільної оптичної порожнини, а також використання частоти частоти самостійної частоти та інших технологій, ми можемо отримати дуже стійкий оптичний пульсовий сигнал з дуже стійкою частотою повторення, а також отримувати сигнал мікрохвики з уловом-шум. Малюнок 5.
Малюнок 5. Порівняння відносного фазового шуму різних джерел сигналу.
Однак, оскільки швидкість повторення імпульсу обернено пропорційна довжині порожнини лазера, а традиційний лазерний режим лазер великий, важко отримати високочастотні мікрохвильові сигнали безпосередньо. Крім того, розмір, вага та енергоспоживання традиційних імпульсних лазерів, а також суворі екологічні вимоги обмежують їх в основному лабораторні програми. Для подолання цих труднощів нещодавно розпочалися дослідження в Сполучених Штатах та Німеччині, використовуючи нелінійні ефекти для генерування частотних оптичних гребінців у дуже малих, високоякісних оптичних порожнинах, які, в свою чергу, генерують високочастотні мікрохвильові сигнали з низьким вмістом шуму.
4. Електронний осцилятор OPTO, рисунок 6.
Малюнок 6. Схематична схема фотоелектричного сполученого осцилятора.
Одним із традиційних методів генерування мікрохвильових печей або лазерів є використання закритого циклу, що займається самостійним зворотним зворотним, до тих пір, поки посилення в закритому циклі більший, ніж втрата, самовигуковане коливання може виробляти мікрохвильові печі або лазери. Чим вище коефіцієнт якості Q закритого циклу, тим менша генерована сигнальна фаза або частотний шум. Для збільшення коефіцієнта якості петлі прямим способом є збільшення довжини петлі та мінімізації втрат поширення. Однак більш тривала петля зазвичай може підтримувати генерацію декількох режимів коливань, і якщо додається вузькопроникний фільтр, можна отримати одночастотний низькопомосний мікрохвильовий сигнал коливань. Фотоелектричний з’єднаний осцилятор - це джерело сигналу мікрохвильової печі, заснована на цій ідеї, він повністю використовує характеристики втрат волокна, використовуючи довше волокна для поліпшення значення циклу Q, може створювати мікрохвильовий сигнал з дуже низьким фазовим шумом. Оскільки метод був запропонований у 90 -х роках, цей тип генератора отримав широкі дослідження та значний розвиток, і в даний час є комерційні фотоелектричні осцилятори. Зовсім недавно фотоелектричні осцилятори, чиї частоти можна відрегулювати в широкому діапазоні. Основна проблема джерел мікрохвильового сигналу, заснована на цій архітектурі, полягає в тому, що цикл довгий, а шум у вільному потоці (FSR) та подвійна частота будуть значно збільшені. Крім того, використовуються фотоелектричні компоненти більше, вартість висока, об'єм важко зменшити, а довше клітковина чутливіша до порушення навколишнього середовища.
Вище коротко вводить кілька методів генерації фотоелектронів мікрохвильових сигналів, а також їх переваг та недоліків. Нарешті, використання фотоелектронів для отримання мікрохвильової печі має іншу перевагу, що оптичний сигнал може бути розподілений через оптичне волокно з дуже низькими втратами, передачею на великі відстані до кожної клеми використання, а потім перетворюється в мікрохвильові сигнали, і здатність протистояти електромагнітному інтерференції значно вдосконалюється, ніж традиційні електронні компоненти.
Написання цієї статті в основному для довідки та в поєднанні з власним науково -дослідним досвідом автора в цій галузі, існують неточності та нерозумність, будь ласка, зрозумійте.
Час посади: 03-2024 січня