Kasamtangang kahimtang ug init nga mga lugar sa paghimo sa signal sa microwave sa microwave optoelectronics

Microwave optoelectronics, ingon sa gisugyot sa ngalan, mao ang intersection sa microwave ugoptoelectronics. Ang mga microwave ug light waves mga electromagnetic waves, ug ang mga frequency daghang mga order sa magnitude nga lainlain, ug ang mga sangkap ug teknolohiya nga naugmad sa ilang tagsa-tagsa ka mga natad lahi kaayo. Sa kombinasyon, mahimo natong pahimuslan ang usag usa, apan makakuha kita og bag-ong mga aplikasyon ug mga kinaiya nga lisod maamgohan matag usa.

Optical nga komunikasyonmaoy usa ka pangunang pananglitan sa kombinasyon sa mga microwave ug mga photoelectron. Sayo nga telepono ug telegrapo nga wireless nga komunikasyon, ang henerasyon, pagpadaghan ug pagdawat sa mga signal, tanan nga gigamit nga mga gamit sa microwave. Ubos nga frequency electromagnetic waves gigamit sa sinugdanan tungod kay ang frequency range gamay ug ang channel kapasidad alang sa transmission gamay. Ang solusyon mao ang pagdugang sa frequency sa gipasa nga signal, mas taas ang frequency, mas daghang mga kapanguhaan sa spectrum. Apan ang taas nga frequency nga signal sa pagkawala sa pagpalapad sa hangin dako, apan dali usab nga babagan sa mga babag. Kung ang kable gigamit, ang pagkawala sa kable dako, ug ang layo nga transmission usa ka problema. Ang pagtunga sa komunikasyon sa optical fiber usa ka maayong solusyon sa kini nga mga problema.Optical fiberadunay ubos kaayo nga pagkawala sa transmission ug usa ka maayo kaayo nga carrier alang sa pagpasa sa mga signal sa layo nga distansya. Ang frequency range sa light waves mas dako kay sa microwaves ug makapadala sa daghang lain-laing channel nga dungan. Tungod niini nga mga bentaha saoptical transmission, ang komunikasyon sa optical fiber nahimong backbone sa pagpasa sa impormasyon karon.
Optical komunikasyon adunay usa ka taas nga kasaysayan, research ug aplikasyon mao ang kaayo halapad ug hamtong, dinhi dili sa pag-ingon sa labaw pa. Kini nga papel nag-una nga nagpaila sa bag-ong sulud sa panukiduki sa microwave optoelectronics sa bag-ohay nga mga tuig gawas sa optical nga komunikasyon. Ang Microwave optoelectronics nag-una nga naggamit sa mga pamaagi ug teknolohiya sa natad sa optoelectronics isip carrier aron mapaayo ug makab-ot ang pasundayag ug aplikasyon nga lisud makab-ot sa tradisyonal nga microwave electronic nga mga sangkap. Gikan sa panglantaw sa aplikasyon, kini nag-una naglakip sa mosunod nga tulo ka mga aspeto.
Ang una mao ang paggamit sa optoelectronics aron makamugna og high-performance, low-noise nga mga signal sa microwave, gikan sa X-band hangtod sa THz band.
Ikaduha, pagproseso sa signal sa microwave. Naglakip sa paglangan, pagsala, pagkakabig sa frequency, pagdawat ug uban pa.
Ikatulo, ang pagpasa sa analog signal.

Niini nga artikulo, gipaila lamang sa tagsulat ang una nga bahin, ang henerasyon sa signal sa microwave. Ang tradisyonal nga microwave millimeter wave nag-una nga gihimo sa iii_V microelectronic nga mga sangkap. Ang mga limitasyon niini adunay mga musunud nga punto: Una, sa taas nga mga frequency sama sa 100GHz sa ibabaw, ang tradisyonal nga microelectronics makahimo og gamay ug gamay nga gahum, sa mas taas nga frequency nga THz signal, wala silay mahimo. Ikaduha, aron makunhuran ang kasaba sa hugna ug mapaayo ang kalig-on sa frequency, ang orihinal nga aparato kinahanglan ibutang sa usa ka labi ka ubos nga temperatura nga palibot. Ikatulo, lisud nga makab-ot ang usa ka halapad nga pagkakabig sa frequency modulation frequency. Aron masulbad kini nga mga problema, ang teknolohiya sa optoelectronic mahimong adunay papel. Ang nag-unang mga pamaagi gihulagway sa ubos.

1. Pinaagi sa kalainan frequency sa duha ka lain-laing frequency laser signal, usa ka high-frequency photodetector gigamit sa pag-convert sa microwave signal, sama sa gipakita sa Figure 1.

Figure 1. Schematic diagram sa mga microwave nga namugna sa kalainan frequency sa duhamga laser.

Ang mga bentaha sa kini nga pamaagi mao ang yano nga istruktura, mahimo’g makamugna labi ka taas nga frequency sa milimetro nga balud ug bisan ang signal sa frequency sa THz, ug pinaagi sa pag-adjust sa frequency sa laser mahimo’g himuon ang usa ka dako nga hanay sa paspas nga pagkakabig sa frequency, frequency sa pagsilhig. Ang disbentaha mao nga ang linewidth o hugna nga kasaba sa kalainan sa frequency signal nga namugna sa duha ka wala'y kalabutan nga mga signal sa laser medyo dako, ug ang frequency stability dili taas, ilabi na kung ang usa ka semiconductor laser nga adunay gamay nga volume apan usa ka dako nga linewidth (~MHz) gigamit. Kung ang mga kinahanglanon sa gidaghanon sa gibug-aton sa sistema dili taas, mahimo nimong gamiton ang mubu nga kasaba (~kHz) solid-state laser,fiber lasers, gawas nga lungagmga laser nga semiconductor, ug uban pa Dugang pa, ang duha ka lainlaing mga paagi sa mga signal sa laser nga namugna sa parehas nga lungag sa laser mahimo usab nga magamit aron makamugna ang usa ka frequency sa kalainan, aron ang pasundayag sa kalig-on sa frequency sa microwave mapauswag pag-ayo.

2. Aron masulbad ang problema nga ang duha ka mga laser sa miaging pamaagi dili magkatakdo ug ang signal nga bahin sa kasaba nga namugna dako kaayo, ang pagkahiusa tali sa duha ka mga laser mahimong makuha pinaagi sa frequency sa pag-injection locking phase locking method o ang negatibo nga feedback phase locking circuit. Ang Figure 2 nagpakita sa usa ka tipikal nga aplikasyon sa pag-lock sa indeyksiyon aron makamugna og microwave multiples (Figure 2). Pinaagi sa direkta nga pag-inject sa high frequency nga mga signal karon sa usa ka semiconductor laser, o pinaagi sa paggamit sa usa ka LinBO3-phase modulator, daghang mga optical signal nga lainlain nga mga frequency nga adunay parehas nga gilay-on nga frequency mahimo nga mabuhat, o optical frequency combs. Siyempre, ang sagad nga gigamit nga pamaagi aron makakuha usa ka halapad nga spectrum optical frequency comb mao ang paggamit sa usa ka laser nga naka-lock sa mode. Ang bisan unsang duha ka mga signal sa comb sa namugna nga optical frequency comb gipili pinaagi sa pagsala ug pag-inject sa laser 1 ug 2 matag usa aron mahibal-an ang frequency ug phase locking matag usa. Tungod kay ang hugna tali sa lain-laing mga comb signal sa optical frequency comb mao ang medyo lig-on, mao nga ang mga paryente nga bahin sa taliwala sa duha ka laser mao ang lig-on, ug unya pinaagi sa pamaagi sa kalainan frequency sama sa gihulagway sa una, ang multi-pilo frequency microwave signal sa optical frequency comb pagsubli rate mahimong makuha.

Figure 2. Schematic diagram sa microwave frequency pagdoble signal nga namugna pinaagi sa injection frequency locking.
Ang laing paagi sa pagpakunhod sa paryente nga bahin sa kasaba sa duha ka mga laser mao ang paggamit sa usa ka negatibo nga feedback optical PLL, ingon sa gipakita sa Figure 3.

Figure 3. Schematic diagram sa OPL.

Ang prinsipyo sa optical PLL susama sa PLL sa natad sa electronics. Ang kalainan sa bahin sa duha ka mga laser nakabig ngadto sa usa ka electrical signal pinaagi sa usa ka photodetector (katumbas sa usa ka phase detector), ug unya ang bahin sa kalainan tali sa duha ka mga lasers makuha pinaagi sa paghimo sa usa ka kalainan frequency sa usa ka reference microwave signal tinubdan, nga gipadako. ug gisala ug dayon gipakaon balik sa frequency control unit sa usa sa mga laser (alang sa semiconductor lasers, kini mao ang injection current). Pinaagi sa ingon nga negatibo nga feedback control loop, ang relatibong frequency phase tali sa duha ka laser signal gi-lock sa reference microwave signal. Ang hiniusa nga optical signal mahimong mapasa pinaagi sa optical fibers ngadto sa usa ka photodetector sa ubang dapit ug ma-convert ngadto sa microwave signal. Ang resulta nga kasaba sa bahin sa signal sa microwave halos pareho sa signal sa pakisayran sulod sa bandwidth sa negatibo nga feedback loop nga na-lock sa phase. Ang kasaba sa bahin sa gawas sa bandwidth parehas sa paryente nga kasaba sa bahin sa orihinal nga duha nga wala’y kalabutan nga mga laser.
Dugang pa, ang reperensiya nga tinubdan sa signal sa microwave mahimo usab nga mabag-o sa ubang mga tinubdan sa signal pinaagi sa pagdoble sa frequency, frequency sa divisor, o uban pang pagproseso sa frequency, aron ang mas ubos nga frequency nga signal sa microwave mahimong ma-multidoble, o ma-convert sa high-frequency RF, THz signal.
Kung itandi sa pag-lock sa frequency sa pag-injection mahimo ra nga makuha ang pagdoble sa frequency, ang mga loop nga naka-lock sa phase mas flexible, makahimo og halos arbitraryong mga frequency, ug siyempre mas komplikado. Pananglitan, ang optical frequency comb nga gihimo sa photoelectric modulator sa Figure 2 gigamit ingon nga tinubdan sa kahayag, ug ang optical phase-locked loop gigamit aron pilion nga i-lock ang frequency sa duha ka laser sa duha ka optical comb signal, ug dayon makamugna. high-frequency signal pinaagi sa kalainan frequency, sama sa gipakita sa Figure 4. f1 ug f2 mao ang reference signal frequency sa duha ka PLLS sa tinagsa, ug usa ka microwave signal sa N*frep+f1+f2 mahimong namugna pinaagi sa kalainan frequency tali sa duha ka laser.


Figure 4. Schematic diagram sa pagmugna og arbitraryong mga frequency gamit ang optical frequency combs ug PLLS.

3. Gamita ang mode-locked pulse laser aron ma-convert ang optical pulse signal ngadto sa microwave signal pinaagi saphotodetector.

Ang nag-unang bentaha niini nga pamaagi mao nga ang usa ka signal nga adunay maayo kaayo nga frequency stability ug ubos kaayo nga bahin sa kasaba mahimong makuha. Pinaagi sa pag-lock sa frequency sa laser ngadto sa usa ka lig-on kaayo nga atomic ug molecular transition spectrum, o usa ka hilabihan ka lig-on nga optical cavity, ug ang paggamit sa self-doubling frequency elimination system frequency shift ug uban pang mga teknolohiya, kita makakuha og usa ka lig-on nga optical pulse signal nga adunay usa ka lig-on nga frequency sa pagbalik-balik, aron makakuha og signal sa microwave nga adunay ultra-low phase nga kasaba. Hulagway 5.


Figure 5. Pagtandi sa relatibong bahin sa kasaba sa lain-laing tinubdan sa signal.

Bisan pa, tungod kay ang rate sa pagbalik-balik sa pulso inversely proporsyonal sa gitas-on sa lungag sa laser, ug ang tradisyonal nga mode-locked nga laser dako, lisud ang pagkuha direkta nga mga signal sa microwave nga high frequency. Dugang pa, ang gidak-on, gibug-aton ug konsumo sa enerhiya sa tradisyonal nga pulsed lasers, ingon man ang mapintas nga mga kinahanglanon sa kalikopan, naglimite sa ilang panguna nga mga aplikasyon sa laboratoryo. Aron mabuntog kini nga mga kalisud, ang panukiduki bag-o lang nagsugod sa Estados Unidos ug Germany gamit ang nonlinear nga mga epekto aron makamugna og frequency-stable nga optical combs sa gagmay kaayo, taas nga kalidad nga chirp mode optical cavities, nga sa baylo makamugna og high-frequency low-noise microwave signals.

4. opto electronic oscillator, Figure 6.

Figure 6. Schematic diagram sa photoelectric nga kauban nga oscillator.

Usa sa mga tradisyonal nga pamaagi sa pagmugna og mga microwave o laser mao ang paggamit sa usa ka self-feedback closed loop, basta ang ganansya sa closed loop mas dako pa kay sa pagkawala, ang self-excited oscillation makahimo og microwaves o lasers. Ang mas taas nga kalidad nga factor Q sa closed loop, mas gamay ang namugna nga signal phase o frequency noise. Aron madugangan ang kalidad nga hinungdan sa loop, ang direkta nga paagi mao ang pagdugang sa gitas-on sa loop ug maminusan ang pagkawala sa pagpadaghan. Bisan pa, ang usa ka mas taas nga loop kasagarang makasuporta sa henerasyon sa daghang mga mode sa oscillation, ug kung ang usa ka pig-ot nga bandwidth nga filter idugang, ang usa ka frequency nga low-noise nga microwave oscillation signal mahimong makuha. Photoelectric inubanan oscillator mao ang usa ka microwave signal tinubdan base sa niini nga ideya, kini naghimo sa bug-os nga paggamit sa fiber ni ubos propagation pagkawala mga kinaiya, sa paggamit sa usa ka mas taas nga lanot sa pagpalambo sa loop Q bili, makahimo og usa ka microwave signal uban sa kaayo ubos nga bahin kasaba. Sukad nga ang pamaagi gisugyot kaniadtong 1990s, kini nga klase sa oscillator nakadawat daghang panukiduki ug igo nga pag-uswag, ug karon adunay komersyal nga photoelectric nga mga oscillator nga giubanan. Bag-ohay lang, ang mga photoelectric oscillator kansang mga frequency mahimong ma-adjust sa usa ka halapad nga range naugmad. Ang nag-unang problema sa mga tinubdan sa signal sa microwave base niini nga arkitektura mao nga ang loop taas, ug ang kasaba sa iyang free flow (FSR) ug ang doble nga frequency niini madugangan. Dugang pa, ang photoelectric nga mga sangkap nga gigamit mas daghan, ang gasto taas, ang gidaghanon lisud makunhuran, ug ang mas taas nga fiber mas sensitibo sa kasamok sa kinaiyahan.

Ang sa ibabaw sa daklit nagpaila sa pipila ka mga pamaagi sa photoelectron nga henerasyon sa mga signal sa microwave, ingon man ang ilang mga bentaha ug mga disbentaha. Sa katapusan, ang paggamit sa mga photoelectron aron makahimo og microwave adunay lain nga bentaha mao nga ang optical signal mahimong maapod-apod pinaagi sa optical fiber nga adunay gamay kaayo nga pagkawala, taas nga distansya nga transmission sa matag terminal nga gigamit ug dayon nakabig sa mga signal sa microwave, ug ang abilidad sa pagsukol sa electromagnetic. interference mao ang kamahinungdanon milambo kay sa tradisyonal nga electronic components.
Ang pagsulat sa kini nga artikulo labi na alang sa pakisayran, ug inubanan sa kaugalingon nga kasinatian sa panukiduki ug kasinatian sa tagsulat niini nga natad, adunay mga dili tukma ug dili masabtan, palihug sabta.


Oras sa pag-post: Ene-03-2024