Mikrodalga Optoelektronikadından da anlaşılacağı gibi, mikrodalga fırının kesişimidir.optoelektronik. Mikrodalgalar ve ışık dalgaları elektromanyetik dalgalardır ve frekanslar birçok büyüklük sırasıdır ve kendi alanlarında geliştirilen bileşenler ve teknolojiler çok farklıdır. Kombinasyonda, birbirimizden yararlanabiliriz, ancak sırasıyla gerçekleştirilmesi zor yeni uygulamalar ve özellikler alabiliriz.
Optik iletişimmikrodalgalar ve fotoelektronların kombinasyonunun en iyi örneğidir. Erken telefon ve telgraf kablosuz iletişim, sinyallerin üretimi, yayılması ve alımı, hepsi mikrodalga cihazları kullandı. Düşük frekanslı elektromanyetik dalgalar başlangıçta frekans aralığı küçük ve şanzıman kanal kapasitesi küçük olduğu için kullanılır. Çözüm, iletilen sinyalin frekansını arttırmaktır, frekans ne kadar yüksek olursa, o kadar spektrum kaynaklarıdır. Ancak hava yayılma kaybındaki yüksek frekans sinyali büyüktür, ancak engeller tarafından engellenmesi de kolaydır. Kablo kullanılırsa, kablonun kaybı büyüktür ve uzun mesafeli şanzıman bir sorundur. Optik fiber iletişiminin ortaya çıkması bu sorunlara iyi bir çözümdür.Optik fiberÇok düşük şanzıman kaybına sahiptir ve uzun mesafelerde sinyalleri iletmek için mükemmel bir taşıyıcıdır. Işık dalgalarının frekans aralığı mikrodalgalardan çok daha fazladır ve birçok farklı kanalı aynı anda iletebilir. Bu avantajlar nedeniyleoptik iletim, optik fiber iletişimi bugünün bilgi iletiminin belkemiği haline geldi.
Optik iletişimin uzun bir geçmişi vardır, araştırma ve uygulama çok kapsamlı ve olgun, burada daha fazlasını söylemek değil. Bu makale esas olarak optik iletişim dışında son yıllarda mikrodalga optoelektronik yeni araştırma içeriğini tanıtmaktadır. Mikrodalga optoelektronik, geleneksel mikrodalga elektronik bileşenlerle elde edilmesi zor performansı ve uygulamayı geliştirmek ve elde etmek için optoelektronik alanındaki yöntemleri ve teknolojileri taşıyıcı olarak kullanır. Uygulama açısından, esas olarak aşağıdaki üç yönü içerir.
Birincisi, X-bandından THz bandına kadar yüksek performanslı, düşük gürültülü mikrodalga sinyalleri üretmek için optoelektronik kullanımıdır.
İkincisi, mikrodalga sinyal işleme. Gecikme, filtreleme, frekans dönüşümü, alma vb.
Üçüncüsü, analog sinyallerin iletimi.
Bu makalede, yazar sadece ilk kısmı, mikrodalga sinyalinin üretilmesini tanıtmaktadır. Geleneksel mikrodalga milimetre dalgası esas olarak III_V mikroelektronik bileşenler tarafından üretilir. Sınırlamaları aşağıdaki noktalara sahiptir: Birincisi, yukarıdaki 100GHz gibi yüksek frekanslara, geleneksel mikroelektronik daha az güç üretebilir, daha yüksek frekans THz sinyaline, hiçbir şey yapamazlar. İkincisi, faz gürültüsünü azaltmak ve frekans stabilitesini artırmak için, orijinal cihazın son derece düşük sıcaklık bir ortamda yerleştirilmesi gerekir. Üçüncüsü, çok çeşitli frekans modülasyonu frekans dönüşümü elde etmek zordur. Bu sorunları çözmek için optoelektronik teknoloji rol oynayabilir. Ana yöntemler aşağıda açıklanmaktadır.
1. İki farklı frekanslı lazer sinyalinin fark frekansı sayesinde, Şekil l'de gösterildiği gibi mikrodalga sinyallerini dönüştürmek için yüksek frekanslı bir fotodetektör kullanılır.
Şekil 1. İki fark sıklığı ile üretilen mikrodalgaların şematik diyagramılazer.
Bu yöntemin avantajları basit yapıdır, son derece yüksek frekanslı milimetre dalga ve hatta THz frekans sinyali üretebilir ve lazerin frekansını ayarlayarak çok çeşitli hızlı frekans dönüşümü, süpürme frekansı yapabilir. Dezavantajı, iki ilişkisiz lazer sinyali tarafından üretilen fark frekans sinyalinin hat genişliği veya faz gürültüsünün nispeten büyük olması ve özellikle küçük bir hacme sahip bir yarı iletken lazer ancak büyük bir çizgi genişliğine (~ MHz) kullanıldığında frekans stabilitesinin yüksek olmamasıdır. Sistem ağırlığı hacmi gereksinimleri yüksek değilse, düşük gürültü (~ kHz) katı hal lazerleri kullanabilirsiniz,fiber lazerler, dış boşlukyarı iletken lazerlerBuna ek olarak, aynı lazer boşluğunda üretilen iki farklı lazer sinyali modu, bir fark frekansı oluşturmak için de kullanılabilir, böylece mikrodalga frekans stabilitesi performansı büyük ölçüde geliştirilir.
2. Önceki yöntemdeki iki lazerin tutarsız olduğu ve üretilen sinyal fazı gürültüsünün çok büyük olduğu problemini çözmek için, iki lazer arasındaki tutarlılık enjeksiyon frekansı kilitleme fazı kilitleme yöntemi veya negatif geri besleme fazı kilitleme devresi ile elde edilebilir. Şekil 2, mikrodalga katları üretmek için tipik bir enjeksiyon kilitlemesinin uygulamasını göstermektedir (Şekil 2). Bir yarı iletken lazere doğrudan yüksek frekanslı akım sinyalleri enjekte ederek veya bir LINBO3-faz modülatörü kullanılarak, eşit frekans aralığına sahip farklı frekansların çoklu optik sinyalleri üretilebilir veya optik frekans tarakları. Tabii ki, geniş bir spektrum optik frekans tarağı elde etmek için yaygın olarak kullanılan yöntem, mod kilitli bir lazer kullanmaktır. Üretilen optik frekans tarakındaki iki tarak sinyali filtreleme ile seçilir ve sırasıyla frekans ve faz kilitlemesini gerçekleştirmek için sırasıyla lazer 1 ve 2'ye enjekte edilir. Optik frekans tarakının farklı tarak sinyalleri arasındaki faz nispeten kararlı olduğundan, iki lazer arasındaki nispi faz stabil ve daha sonra daha önce tarif edildiği gibi fark frekansı yöntemi ile, optik frekans tarak tekrarlama hızının çok katlı frekans mikrodalga sinyali elde edilebilir.
Şekil 2. Enjeksiyon frekansı kilitlemesi ile üretilen mikrodalga frekans iki katına çıkma sinyalinin şematik diyagramı.
İki lazerin göreceli faz gürültüsünü azaltmanın bir başka yolu, Şekil 3'te gösterildiği gibi negatif bir geri besleme optik PLL kullanmaktır.
Şekil 3. OPL şematik diyagramı.
Optik PLL prensibi, elektronik alanındaki PLL'nin ilkesi ile benzerdir. İki lazerin faz farkı, bir fotodetektör (bir faz dedektörüne eşdeğer) tarafından bir elektrik sinyaline dönüştürülür ve daha sonra iki lazer arasındaki faz farkı, amplifiye edilen ve filtrelenen bir referans mikrodalga sinyal kaynağı ile bir fark frekansı yapılarak elde edilir ve daha sonra lazerlerin birinin frekans kontrol birimine (yaralanma için) geri beslenir. Böyle bir negatif geri besleme kontrol döngüsü sayesinde, iki lazer sinyali arasındaki nispi frekans fazı referans mikrodalga sinyaline kilitlenir. Birleştirilmiş optik sinyal daha sonra optik lifler yoluyla başka bir yerde bir fotodetektöre iletilebilir ve bir mikrodalga sinyaline dönüştürülebilir. Mikrodalga sinyalinin ortaya çıkan faz gürültüsü, faz kilitli negatif geri besleme döngüsünün bant genişliğindeki referans sinyali ile neredeyse aynıdır. Bant genişliğinin dışındaki faz gürültüsü, orijinal iki ilgisiz lazerin göreceli faz gürültüsüne eşittir.
Ek olarak, referans mikrodalga sinyal kaynağı, frekans iki katına çıkma, bölücü frekans veya diğer frekans işlemeleri yoluyla diğer sinyal kaynakları tarafından da dönüştürülebilir, böylece daha düşük frekans mikrodalga sinyali çok yönlü olabilir veya yüksek frekanslı RF, THz sinyallerine dönüştürülebilir.
Enjeksiyon frekansı kilitleme sadece frekans ikiye katlanabilir, faz kilitli döngüler daha esnektir, neredeyse keyfi frekanslar üretebilir ve elbette daha karmaşıktır. Örneğin, Şekil 2'deki fotoelektrik modülatör tarafından üretilen optik frekans taraması, ışık kaynağı olarak kullanılır ve optik faz kilitli döngü, iki lazerin frekansını iki optik tarama sinyaline seçici olarak kilitlemek için kullanılır ve daha sonra, Şekil 4 ve F2'de gösterildiği gibi, iki plaz (F2’de gösterildiği gibi yüksek frekanslı sinyaller üretmek için kullanılır. N*FREP+F1+F2, iki lazer arasındaki fark frekansı ile üretilebilir.
Şekil 4. Optik frekans tarakları ve PLL'ler kullanarak keyfi frekansların üretilmesinin şematik diyagramı.
3. Optik darbe sinyalini mikrodalga sinyaline dönüştürmek için mod kilitli darbe lazeri kullanınfotodetektör.
Bu yöntemin ana avantajı, çok iyi frekans stabilitesi ve çok düşük faz gürültüsü olan bir sinyalin elde edilebilmesidir. Lazerin frekansını çok kararlı bir atomik ve moleküler geçiş spektrumuna veya son derece kararlı bir optik boşluğa kilitleyerek ve kendi kendine iki katı frekans eliminasyon sistemi frekans kayması ve diğer teknolojilerin kullanımı, çok kararlı bir tekrarlama frekansı ile çok kararlı bir optik nabız sinyali elde edebiliriz, ancak ultra-low faz gürültüsü ile bir mikrowave sinyali elde etmek için. Şekil 5.
Şekil 5. Farklı sinyal kaynaklarının göreceli faz gürültüsünün karşılaştırılması.
Bununla birlikte, nabız tekrarlama oranı lazerin boşluk uzunluğu ile ters orantılı olduğundan ve geleneksel mod kilitli lazer büyük olduğundan, doğrudan yüksek frekanslı mikrodalga sinyalleri elde etmek zordur. Buna ek olarak, geleneksel darbeli lazerlerin büyüklüğü, ağırlığı ve enerji tüketimi ve sert çevresel gereksinimler, esas olarak laboratuvar uygulamalarını sınırlar. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, son zamanlarda Amerika Birleşik Devletleri ve Almanya'da çok küçük, yüksek kaliteli cıvıltı modu optik boşluklarda frekansa kararlı optik taraklar üretmek için doğrusal olmayan etkiler kullanarak başladı ve bu da yüksek frekanslı düşük gürültü mikrodalga sinyalleri üretti.
4. Opto elektronik osilatör, Şekil 6.
Şekil 6. Fotoelektrik birleştirilmiş osilatörün şematik diyagramı.
Mikrodalga veya lazer üretmenin geleneksel yöntemlerinden biri, kapalı döngüdeki kazanç kayıptan daha büyük olduğu sürece, kendi kendine besleme kapalı bir döngü kullanmaktır, kendini heyecanlandıran salınım mikrodalgalar veya lazerler üretebilir. Kapalı döngünün kalite faktörü Q ne kadar yüksek olursa, üretilen sinyal fazı veya frekans gürültüsü o kadar küçük olur. Döngünün kalite faktörünü arttırmak için, doğrudan yol döngü uzunluğunu arttırmak ve yayılma kaybını en aza indirmektir. Bununla birlikte, daha uzun bir döngü genellikle birden fazla salınım modunun oluşumunu destekleyebilir ve dar bant genişliği filtresi eklenirse, tek frekanslı düşük gürültülü mikrodalga salınım sinyali elde edilebilir. Fotoelektrik birleştirilmiş osilatör, bu fikre dayanan bir mikrodalga sinyal kaynağıdır, fiberin düşük yayılma kaybı özelliklerini tam olarak kullanır, döngü Q değerini iyileştirmek için daha uzun bir fiber kullanır, çok düşük faz gürültüsüne sahip bir mikrodalga sinyali üretebilir. Yöntem 1990'larda önerildiğinden beri, bu tür osilatör kapsamlı araştırma ve önemli gelişme aldı ve şu anda ticari fotoelektrik birleştirilmiş osilatörler var. Daha yakın zamanlarda, frekansları geniş bir aralıkta ayarlanabilen fotoelektrik osilatörler geliştirilmiştir. Bu mimariye dayanan mikrodalga sinyal kaynaklarının temel sorunu, döngünün uzun olması ve serbest akışındaki (FSR) gürültünün ve çift frekansının önemli ölçüde artmasıdır. Buna ek olarak, kullanılan fotoelektrik bileşenler daha fazla, maliyet yüksek, hacminin azaltılması zordur ve daha uzun elyaf çevresel rahatsızlığa daha duyarlıdır.
Yukarıdakiler kısaca, mikrodalga sinyallerinin fotoelektron üretiminin yanı sıra avantajları ve dezavantajları için çeşitli yöntemleri sunmaktadır. Son olarak, mikrodalga fırında başka bir avantaja sahip fotoelektronların kullanılması, optik sinyalin optik fiber yoluyla çok düşük kayıp, her kullanım terminaline uzun mesafeli iletim ile dağıtılabilmesi ve daha sonra mikrodalga sinyallerine dönüştürülebilmesi ve elektromanyetik etkileşime direnme yeteneği, geleneksel elektronik bileşenlerden önemli ölçüde iyileştirilmiştir.
Bu makalenin yazılması esas olarak referans içindir ve yazarın bu alandaki kendi araştırma deneyimi ve deneyimiyle birleştirildiğinde, yanlışlıklar ve anlaşmazlıklar vardır, lütfen anlayın.
Gönderme Zamanı: Ocak-03-2024