Optoéléktronik gelombang mikro, sakumaha ngaranna, nyaéta titik patepungna gelombang mikro sarengoptoéléktronikGelombang mikro sareng gelombang cahaya mangrupikeun gelombang éléktromagnétik, sareng frékuénsina béda pisan, sareng komponén sareng téknologi anu dikembangkeun dina widangna masing-masing béda pisan. Dina kombinasi, urang tiasa silih mangpaatkeun, tapi urang tiasa kéngingkeun aplikasi sareng karakteristik énggal anu hésé diwujudkeun masing-masing.
Komunikasi optikMangrupikeun conto utama tina kombinasi gelombang mikro sareng fotoéléktron. Komunikasi nirkabel telepon sareng telegraf awal, pembangkitan, panyebaran sareng panampi sinyal, sadayana nganggo alat gelombang mikro. Gelombang éléktromagnétik frékuénsi rendah dianggo mimitina kusabab rentang frékuénsina alit sareng kapasitas saluran pikeun transmisi alit. Solusina nyaéta ningkatkeun frékuénsi sinyal anu dikirimkeun, beuki luhur frékuénsina, beuki seueur sumber daya spéktrum. Tapi sinyal frékuénsi luhur dina leungitna panyebaran hawa ageung, tapi ogé gampang diblokir ku halangan. Upami kabel dianggo, leungitna kabel ageung, sareng transmisi jarak jauh mangrupikeun masalah. Munculna komunikasi serat optik mangrupikeun solusi anu saé pikeun masalah ieu.Serat optikmiboga rugi transmisi anu handap pisan sareng mangrupikeun pamawa anu saé pikeun ngirimkeun sinyal dina jarak anu jauh. Rentang frékuénsi gelombang cahaya langkung ageung tibatan gelombang mikro sareng tiasa ngirimkeun seueur saluran anu béda sacara simultan. Kusabab kaunggulan ieutransmisi optik, komunikasi serat optik parantos janten tulang tonggong transmisi informasi ayeuna.
Komunikasi optik mibanda sajarah anu panjang, panalungtikan sareng aplikasi anu lega pisan sareng dewasa, teu kedah nyarios deui. Makalah ieu utamina ngenalkeun eusi panalungtikan énggal ngeunaan optoéléktronik gelombang mikro dina sababaraha taun ka pengker salian ti komunikasi optik. Optoéléktronik gelombang mikro utamina nganggo metode sareng téknologi dina widang optoéléktronik salaku pamawa pikeun ningkatkeun sareng ngahontal kinerja sareng aplikasi anu hésé kahontal ku komponén éléktronik gelombang mikro tradisional. Tina sudut pandang aplikasi, éta utamina ngawengku tilu aspék ieu.
Anu kahiji nyaéta panggunaan optoéléktronik pikeun ngahasilkeun sinyal gelombang mikro anu berkinerja tinggi sareng noise rendah, ti pita-X dugi ka pita THz.
Kadua, pamrosésan sinyal gelombang mikro. Kalebet reureuh, panyaringan, konvérsi frékuénsi, panampi sareng saterasna.
Katilu, pangiriman sinyal analog.
Dina tulisan ieu, pangarang ngan ukur ngenalkeun bagian kahiji, nyaéta generasi sinyal gelombang mikro. Gelombang milimeter gelombang mikro tradisional utamina dihasilkeun ku komponén mikroéléktronik iii_V. Watesanana nyaéta: Kahiji, pikeun frékuénsi luhur sapertos 100GHz di luhur, mikroéléktronik tradisional tiasa ngahasilkeun daya anu langkung sakedik, pikeun sinyal THz frékuénsi anu langkung luhur, aranjeunna henteu tiasa ngalakukeun nanaon. Kadua, pikeun ngirangan noise fase sareng ningkatkeun stabilitas frékuénsi, alat aslina kedah disimpen dina lingkungan suhu anu handap pisan. Katilu, hésé pikeun ngahontal rupa-rupa konvérsi frékuénsi modulasi frékuénsi. Pikeun ngarengsekeun masalah ieu, téknologi optoéléktronik tiasa maénkeun peran. Métode utama dijelaskeun di handap.
1. Ngaliwatan frékuénsi bédana dua sinyal laser frékuénsi anu béda, fotodetektor frékuénsi luhur dianggo pikeun ngarobah sinyal gelombang mikro, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 1.
Gambar 1. Diagram skematis gelombang mikro anu dihasilkeun ku bédana frékuénsi dualaser.
Kaunggulan tina metode ieu nyaéta strukturna basajan, tiasa ngahasilkeun gelombang milimeter frékuénsi anu luhur pisan sareng bahkan sinyal frékuénsi THz, sareng ku cara nyaluyukeun frékuénsi laser tiasa ngalaksanakeun rupa-rupa konvérsi frékuénsi anu gancang, frékuénsi nyapu. Kakuranganna nyaéta linewidth atanapi fase noise tina sinyal frékuénsi bédana anu dihasilkeun ku dua sinyal laser anu teu aya hubunganana relatif ageung, sareng stabilitas frékuénsina henteu luhur, khususna upami laser semikonduktor kalayan volume alit tapi linewidth ageung (~MHz) dianggo. Upami sarat volume beurat sistem henteu luhur, anjeun tiasa nganggo laser solid-state noise rendah (~kHz),laser serat, rongga luarlaser semikonduktor, jsb. Salian ti éta, dua modeu sinyal laser anu béda anu dihasilkeun dina rongga laser anu sami ogé tiasa dianggo pikeun ngahasilkeun frékuénsi anu béda, supados kinerja stabilitas frékuénsi gelombang mikro ningkat pisan.
2. Pikeun ngarengsekeun masalah yén dua laser dina metode sateuacana henteu koheren sareng noise fase sinyal anu dihasilkeun ageung teuing, koherensi antara dua laser tiasa diala ku metode fase konci frékuénsi injeksi atanapi sirkuit konci fase eupan balik négatip. Gambar 2 nunjukkeun aplikasi has konci injeksi pikeun ngahasilkeun sababaraha gelombang mikro (Gambar 2). Ku cara nyuntikkeun langsung sinyal arus frékuénsi luhur kana laser semikonduktor, atanapi ku cara nganggo modulator fase LinBO3, sababaraha sinyal optik tina frékuénsi anu béda kalayan jarak frékuénsi anu sami tiasa dihasilkeun, atanapi sisir frékuénsi optik. Tangtosna, metode anu umum dianggo pikeun kéngingkeun sisir frékuénsi optik spéktrum lega nyaéta nganggo laser anu dikonci mode. Dua sinyal sisir dina sisir frékuénsi optik anu dihasilkeun dipilih ku cara nyaring sareng nyuntikkeun kana laser 1 sareng 2 masing-masing pikeun ngawujudkeun frékuénsi sareng konci fase masing-masing. Kusabab fase antara sinyal sisir anu béda tina sisir frékuénsi optik relatif stabil, janten fase relatif antara dua laser stabil, teras ku metode frékuénsi bédana sapertos anu dijelaskeun sateuacanna, sinyal gelombang mikro frékuénsi multi-lipat tina laju pangulangan sisir frékuénsi optik tiasa diala.
Gambar 2. Diagram skematis sinyal panggandaan frékuénsi gelombang mikro anu dihasilkeun ku konci frékuénsi injeksi.
Cara séjén pikeun ngurangan noise fase relatif tina dua laser nyaéta ku ngagunakeun PLL optik eupan balik négatif, sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 3.
Gambar 3. Diagram skematis OPL.
Prinsip PLL optik téh sarupa jeung PLL dina widang éléktronika. Béda fase dua laser dirobah jadi sinyal listrik ku fotodetektor (sarua jeung detektor fase), terus béda fase antara dua laser diala ku cara nyieun frékuénsi bédana ku sumber sinyal gelombang mikro rujukan, anu dikuatkeun jeung disaring tuluy dibalikkeun deui ka unit kontrol frékuénsi salah sahiji laser (pikeun laser semikonduktor, éta arus injeksi). Ngaliwatan puteran kontrol eupan balik négatif sapertos kitu, fase frékuénsi relatif antara dua sinyal laser dikonci kana sinyal gelombang mikro rujukan. Sinyal optik gabungan teras tiasa dikirimkeun ngaliwatan serat optik ka fotodetektor di tempat sanés sareng dirobih jadi sinyal gelombang mikro. Sora fase anu dihasilkeun tina sinyal gelombang mikro ampir sami sareng sinyal rujukan dina bandwidth puteran eupan balik négatif anu dikonci fase. Sora fase di luar bandwidth sami sareng sora fase relatif tina dua laser asli anu teu aya hubunganana.
Salian ti éta, sumber sinyal gelombang mikro rujukan ogé tiasa dirobih ku sumber sinyal sanés ngalangkungan penggandaan frékuénsi, frékuénsi pambagi, atanapi pamrosésan frékuénsi anu sanés, supados sinyal gelombang mikro frékuénsi anu langkung handap tiasa digandakeun, atanapi dirobih janten sinyal RF frékuénsi luhur, THz.
Dibandingkeun sareng konci frékuénsi injeksi ngan ukur tiasa kéngingkeun panggandaan frékuénsi, loop anu dikonci fase langkung fleksibel, tiasa ngahasilkeun frékuénsi anu ampir teu kaampeuh, sareng tangtosna langkung rumit. Salaku conto, sisir frékuénsi optik anu dihasilkeun ku modulator fotolistrik dina Gambar 2 dianggo salaku sumber cahaya, sareng loop anu dikonci fase optik dianggo pikeun ngunci frékuénsi dua laser sacara selektif kana dua sinyal sisir optik, teras ngahasilkeun sinyal frékuénsi luhur ngalangkungan frékuénsi bédana, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 4. f1 sareng f2 masing-masing mangrupikeun frékuénsi sinyal rujukan tina dua PLLS, sareng sinyal gelombang mikro N*frep+f1+f2 tiasa dihasilkeun ku frékuénsi bédana antara dua laser.
Gambar 4. Diagram skematis pikeun ngahasilkeun frékuénsi anu teu tangtu nganggo sisir frékuénsi optik sareng PLLS.
3. Anggo laser pulsa anu dikonci modeu pikeun ngarobah sinyal pulsa optik kana sinyal gelombang mikro ngaliwatanfotodetektor.
Kaunggulan utama tina metode ieu nyaéta sinyal kalayan stabilitas frékuénsi anu saé pisan sareng noise fase anu handap pisan tiasa diala. Ku cara ngonci frékuénsi laser kana spéktrum transisi atom sareng molekul anu stabil pisan, atanapi rongga optik anu stabil pisan, sareng panggunaan sistem éliminasi frékuénsi anu ngagandakeun diri sareng pergeseran frékuénsi sareng téknologi sanésna, urang tiasa kéngingkeun sinyal pulsa optik anu stabil pisan kalayan frékuénsi pangulangan anu stabil pisan, supados kéngingkeun sinyal gelombang mikro kalayan noise fase anu ultra-handap. Gambar 5.
Gambar 5. Babandingan noise fase relatif tina sumber sinyal anu béda.
Nanging, kusabab laju pangulangan pulsa sabanding tibalik sareng panjang rongga laser, sareng laser mode-locked tradisional ageung, hésé pikeun kéngingkeun sinyal gelombang mikro frékuénsi luhur sacara langsung. Salian ti éta, ukuran, beurat sareng konsumsi énergi laser pulsa tradisional, ogé sarat lingkungan anu keras, ngawatesan aplikasi laboratorium utamina. Pikeun ngungkulan kasusah ieu, panilitian nembe dimimitian di Amérika Serikat sareng Jerman nganggo épék nonlinier pikeun ngahasilkeun sisir optik anu stabil frékuénsi dina rongga optik mode chirp kualitas luhur anu alit pisan, anu antukna ngahasilkeun sinyal gelombang mikro noise rendah frékuénsi luhur.
4. osilator éléktronik opto, Gambar 6.
Gambar 6. Diagram skematis osilator gandeng fotolistrik.
Salah sahiji metode tradisional pikeun ngahasilkeun gelombang mikro atanapi laser nyaéta nganggo loop katutup eupan balik mandiri, salami gain dina loop katutup langkung ageung tibatan rugi, osilasi anu dieksitasi mandiri tiasa ngahasilkeun gelombang mikro atanapi laser. Beuki luhur faktor kualitas Q tina loop katutup, beuki alit noise fase atanapi frékuénsi sinyal anu dihasilkeun. Pikeun ningkatkeun faktor kualitas loop, cara langsung nyaéta ningkatkeun panjang loop sareng ngaminimalkeun rugi rambatan. Nanging, loop anu langkung panjang biasana tiasa ngadukung generasi sababaraha mode osilasi, sareng upami filter bandwidth sempit ditambihkeun, sinyal osilasi gelombang mikro noise rendah frékuénsi tunggal tiasa didapet. Osilator gandeng fotolistrik mangrupikeun sumber sinyal gelombang mikro dumasar kana ideu ieu, éta ngamangpaatkeun sacara pinuh karakteristik rugi rambatan rendah serat, nganggo serat anu langkung panjang pikeun ningkatkeun nilai loop Q, tiasa ngahasilkeun sinyal gelombang mikro kalayan noise fase anu handap pisan. Kusabab metode ieu diusulkeun dina taun 1990-an, jinis osilator ieu parantos nampi panalungtikan anu éksténsif sareng pamekaran anu lumayan, sareng ayeuna aya osilator gandeng fotolistrik komérsial. Anyar-anyar ieu, osilator fotolistrik anu frékuénsina tiasa disaluyukeun dina rentang anu lega parantos dikembangkeun. Masalah utama sumber sinyal gelombang mikro dumasar kana arsitéktur ieu nyaéta loopna panjang, sareng noise dina aliran bébasna (FSR) sareng frékuénsi gandana bakal ningkat sacara signifikan. Salian ti éta, komponén fotolistrik anu dianggo langkung seueur, biayana mahal, volumena hésé dikirangan, sareng serat anu langkung panjang langkung sénsitip kana gangguan lingkungan.
Di luhur sacara singget ngenalkeun sababaraha metode pikeun ngahasilkeun sinyal gelombang mikro fotoéléktron, ogé kaunggulan sareng kakuranganna. Pamungkas, panggunaan fotoéléktron pikeun ngahasilkeun gelombang mikro ngagaduhan kaunggulan anu sanés nyaéta sinyal optik tiasa disebarkeun ngalangkungan serat optik kalayan karugian anu handap pisan, transmisi jarak jauh ka unggal terminal panggunaan teras dirobih janten sinyal gelombang mikro, sareng kamampuan pikeun nolak gangguan éléktromagnétik ningkat sacara signifikan tibatan komponén éléktronik tradisional.
Tulisan tulisan ieu utamina kanggo rujukan, sareng digabungkeun sareng pangalaman panilitian sareng pangalaman pangarang sorangan dina widang ieu, aya kakirangan sareng kakurangan, punten kahartos.
Waktos posting: Jan-03-2024