Optoelektronika sa microwave, sama sa gisugyot sa ngalan, mao ang interseksyon sa microwave ugoptoelektronikaAng mga microwave ug light wave mga electromagnetic wave, ug ang mga frequency managlahi sa daghang order sa magnitude, ug ang mga component ug teknolohiya nga naugmad sa ilang tagsa-tagsa ka natad managlahi kaayo. Kon kombinasyon, mahimo natong pahimuslan ang usag usa, apan makakuha kita og mga bag-ong aplikasyon ug mga kinaiya nga lisod matuman matag usa.
Komunikasyon sa optikausa ka maayong ehemplo sa kombinasyon sa mga microwave ug photoelectron. Ang unang mga wireless nga komunikasyon sa telepono ug telegrapo, ang pagmugna, pagpalapad ug pagdawat sa mga signal, tanan gigamit nga mga microwave device. Ang mga low frequency electromagnetic wave gigamit sa sinugdanan tungod kay gamay ang frequency range ug gamay ang kapasidad sa channel para sa transmission. Ang solusyon mao ang pagdugang sa frequency sa gipadala nga signal, kon mas taas ang frequency, mas daghang spectrum resources. Apan ang high frequency signal sa air propagation loss dako, apan dali usab nga mababagan sa mga babag. Kung gamiton ang cable, dako ang pagkawala sa cable, ug ang long-distance transmission usa ka problema. Ang pagtungha sa optical fiber communication usa ka maayong solusyon niining mga problema.Fiber nga optikaladunay gamay kaayo nga transmission loss ug usa ka maayo kaayo nga carrier alang sa pagpadala og mga signal sa lagyong distansya. Ang frequency range sa mga light wave mas taas kay sa microwave ug makapadala og daghang lain-laing mga channel sa samang higayon. Tungod niini nga mga bentaha saoptikal nga transmisyon, ang komunikasyon sa optical fiber nahimong haligi sa pagpasa sa impormasyon karon.
Ang komunikasyon sa optika adunay taas nga kasaysayan, ang panukiduki ug aplikasyon kay lapad ug hamtong na kaayo, dili na kinahanglan nga mosulti pa og dugang. Kini nga papel nag-una nga nagpaila sa bag-ong sulud sa panukiduki sa microwave optoelectronics sa bag-ohay nga mga tuig gawas sa komunikasyon sa optika. Ang microwave optoelectronics nag-una nga naggamit sa mga pamaagi ug teknolohiya sa natad sa optoelectronics isip tigdala aron mapaayo ug makab-ot ang performance ug aplikasyon nga lisud makab-ot sa tradisyonal nga mga sangkap sa microwave electronic. Gikan sa perspektibo sa aplikasyon, kini nag-una nga naglakip sa mosunod nga tulo ka aspeto.
Ang una mao ang paggamit sa optoelectronics aron makamugna og high-performance, low-noise microwave signals, gikan sa X-band hangtod sa THz band.
Ikaduha, pagproseso sa microwave signal. Apil niini ang paglangan, pagsala, pagkakabig sa frequency, pagdawat ug uban pa.
Ikatulo, ang pagpadala sa mga analog signal.
Niini nga artikulo, gipaila lang sa tagsulat ang unang bahin, ang pagmugna og microwave signal. Ang tradisyonal nga microwave millimeter wave kasagaran gihimo sa iii_V microelectronic components. Ang mga limitasyon niini mao ang mosunod: Una, sa taas nga frequency sama sa 100GHz sa ibabaw, ang tradisyonal nga microelectronics makamugna og gamay ug gamay nga gahum, sa mas taas nga frequency nga THz signal, wala silay mahimo. Ikaduha, aron makunhuran ang phase noise ug mapaayo ang frequency stability, ang orihinal nga device kinahanglan nga ibutang sa usa ka palibot nga ubos kaayo ang temperatura. Ikatulo, lisud ang pagkab-ot sa usa ka halapad nga range sa frequency modulation frequency conversion. Aron masulbad kini nga mga problema, ang teknolohiya sa optoelectronic mahimong adunay papel. Ang mga nag-unang pamaagi gihulagway sa ubos.
1. Pinaagi sa kalainan sa frequency sa duha ka lain-laing frequency sa laser signals, usa ka high-frequency photodetector ang gigamit sa pag-convert sa mga microwave signal, sama sa gipakita sa Figure 1.
Hulagway 1. Eskematikong dayagram sa mga microwave nga namugna sa kalainan sa frequency sa duhamga laser.
Ang mga bentaha niini nga pamaagi mao ang yano nga istruktura, makamugna og hilabihan ka taas nga frequency sa milimetro nga balud ug bisan ang THz frequency signal, ug pinaagi sa pag-adjust sa frequency sa laser mahimo ang usa ka halapad nga range sa paspas nga frequency conversion, sweep frequency. Ang disbentaha mao nga ang linewidth o phase noise sa kalainan sa frequency signal nga namugna sa duha ka wala’y kalabutan nga laser signal medyo dako, ug ang frequency stability dili taas, labi na kung ang usa ka semiconductor laser nga adunay gamay nga volume apan usa ka dako nga linewidth (~MHz) ang gigamit. Kung ang mga kinahanglanon sa system weight volume dili taas, mahimo nimong gamiton ang low noise (~kHz) solid-state lasers,mga fiber laser, gawas nga lungagmga laser nga semiconductor, ug uban pa. Dugang pa, ang duha ka lain-laing mga paagi sa mga signal sa laser nga namugna sa samang lungag sa laser mahimo usab nga gamiton aron makamugna og lain-laing frequency, aron ang performance sa microwave frequency stability molambo pag-ayo.
2. Aron masulbad ang problema nga ang duha ka laser sa miaging pamaagi dili magkatugma ug ang signal phase noise nga namugna dako kaayo, ang coherence tali sa duha ka laser makuha pinaagi sa injection frequency locking phase locking method o sa negative feedback phase locking circuit. Ang Figure 2 nagpakita sa tipikal nga aplikasyon sa injection locking aron makamugna og microwave multiples (Figure 2). Pinaagi sa direktang pag-inject sa high frequency current signals ngadto sa semiconductor laser, o pinaagi sa paggamit sa LinBO3-phase modulator, daghang optical signals sa lain-laing frequency nga adunay parehas nga frequency spacing ang mahimong mamugna, o optical frequency combs. Siyempre, ang kasagarang gigamit nga pamaagi aron makakuha og wide spectrum optical frequency comb mao ang paggamit sa mode-locked laser. Ang bisan unsang duha ka comb signal sa namugna nga optical frequency comb gipili pinaagi sa pagsala ug pag-inject sa laser 1 ug 2 matag usa aron matuman ang frequency ug phase locking matag usa. Tungod kay ang phase tali sa lain-laing comb signals sa optical frequency comb medyo lig-on, aron ang relatibong phase tali sa duha ka laser lig-on, ug dayon pinaagi sa pamaagi sa difference frequency sama sa gihulagway kaniadto, ang multi-fold frequency microwave signal sa optical frequency comb repetition rate makuha.
Hulagway 2. Eskematikong dayagram sa signal sa pagdoble sa frequency sa microwave nga namugna pinaagi sa injection frequency locking.
Laing paagi aron makunhuran ang relatibong phase noise sa duha ka laser mao ang paggamit sa negative feedback optical PLL, sama sa gipakita sa Figure 3.
Hulagway 3. Eskematikong dayagram sa OPL.
Ang prinsipyo sa optical PLL susama sa PLL sa natad sa electronics. Ang phase difference sa duha ka laser gi-convert ngadto sa electrical signal pinaagi sa photodetector (katumbas sa phase detector), ug dayon ang phase difference tali sa duha ka laser makuha pinaagi sa paghimo og difference frequency gamit ang reference microwave signal source, nga gi-amplify ug gi-filter ug dayon gipakaon balik sa frequency control unit sa usa sa mga laser (para sa semiconductor lasers, kini ang injection current). Pinaagi sa ingon nga negative feedback control loop, ang relative frequency phase tali sa duha ka laser signal gi-lock sa reference microwave signal. Ang gihiusang optical signal mahimong ipadala pinaagi sa optical fibers ngadto sa photodetector sa laing dapit ug gi-convert ngadto sa microwave signal. Ang resulta nga phase noise sa microwave signal halos parehas sa reference signal sulod sa bandwidth sa phase-locked negative feedback loop. Ang phase noise sa gawas sa bandwidth katumbas sa relative phase noise sa orihinal nga duha ka walay kalabutan nga laser.
Dugang pa, ang tinubdan sa reference microwave signal mahimo usab nga ma-convert sa ubang mga tinubdan sa signal pinaagi sa frequency doubling, divisor frequency, o uban pang frequency processing, aron ang lower frequency microwave signal mahimong ma-multidouble, o ma-convert ngadto sa high-frequency RF, THz signals.
Kon itandi sa injection frequency locking, ang frequency doubling lang ang makuha, ang phase-locked loops mas flexible, makamugna og halos arbitraryong mga frequency, ug siyempre mas komplikado. Pananglitan, ang optical frequency comb nga gihimo sa photoelectric modulator sa Figure 2 gigamit isip light source, ug ang optical phase-locked loop gigamit aron mapili nga i-lock ang frequency sa duha ka laser ngadto sa duha ka optical comb signals, ug dayon makamugna og high-frequency signals pinaagi sa difference frequency, sama sa gipakita sa Figure 4. Ang f1 ug f2 mao ang reference signal frequencies sa duha ka PLLS matag usa, ug ang microwave signal nga N*frep+f1+f2 mahimong mamugna pinaagi sa difference frequency tali sa duha ka laser.
Hulagway 4. Eskematikong dayagram sa pagmugna og arbitraryong mga frequency gamit ang optical frequency combs ug PLLS.
3. Gamita ang mode-locked pulse laser aron mabag-o ang optical pulse signal ngadto sa microwave signal pinaagi saphotodetector.
Ang pangunang bentaha niini nga pamaagi mao nga makakuha kita og signal nga adunay maayo kaayong frequency stability ug ubos kaayong phase noise. Pinaagi sa pag-lock sa frequency sa laser ngadto sa usa ka lig-on kaayo nga atomic ug molecular transition spectrum, o usa ka lig-on kaayo nga optical cavity, ug ang paggamit sa self-doubling frequency elimination system frequency shift ug uban pang mga teknolohiya, makakuha kita og lig-on kaayo nga optical pulse signal nga adunay lig-on kaayo nga repetition frequency, aron makakuha og microwave signal nga adunay ultra-low phase noise. Figure 5.
Hulagway 5. Pagtandi sa relatibong hugna sa kasaba sa lain-laing mga tinubdan sa signal.
Apan, tungod kay ang pulse repetition rate kay inversely proportional sa gitas-on sa cavity sa laser, ug ang tradisyonal nga mode-locked laser kay dako, lisod ang pagkuha og high frequency microwave signals direkta. Dugang pa, ang gidak-on, gibug-aton, ug konsumo sa enerhiya sa tradisyonal nga pulsed lasers, ingon man ang lisod nga mga kinahanglanon sa palibot, naglimite sa ilang mga aplikasyon sa laboratoryo. Aron masulbad kini nga mga kalisud, bag-o lang nagsugod ang panukiduki sa Estados Unidos ug Germany gamit ang nonlinear effects aron makamugna og frequency-stable 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, Hulagway 6.
Hulagway 6. Eskematikong dayagram sa photoelectric coupled oscillator.
Usa sa mga tradisyonal nga pamaagi sa pagmugna og microwave o laser mao ang paggamit og self-feedback closed loop, basta ang gain sa closed loop mas dako kay sa loss, ang self-excited oscillation makahimo og microwave o laser. Kon mas taas ang quality factor Q sa closed loop, mas gamay ang generated signal phase o frequency noise. Aron madugangan ang quality factor sa loop, ang direktang paagi mao ang pagdugang sa gitas-on sa loop ug pagminus sa propagation loss. Bisan pa, ang mas taas nga loop kasagaran makasuporta sa pagmugna og daghang mga mode sa oscillation, ug kon idugang ang narrow-bandwidth filter, makakuha og single-frequency low-noise microwave oscillation signal. Ang photoelectric coupled oscillator usa ka microwave signal source nga gibase niini nga ideya, kini hingpit nga naggamit sa low propagation loss characteristics sa fiber, gamit ang mas taas nga fiber aron mapaayo ang loop Q value, makahimo og microwave signal nga adunay ubos kaayo nga phase noise. Sukad nga gisugyot ang pamaagi niadtong 1990s, kini nga klase sa oscillator nakadawat og halapad nga panukiduki ug dakong kalamboan, ug karon adunay mga komersyal nga photoelectric coupled oscillator. Bag-ohay lang, naugmad ang mga photoelectric oscillator kansang mga frequency mahimong ma-adjust sa halapad nga range. Ang pangunang problema sa mga microwave signal source nga gibase niini nga arkitektura mao nga ang loop taas, ug ang noise sa free flow (FSR) ug ang double frequency niini motaas pag-ayo. Dugang pa, ang mga photoelectric component nga gigamit mas daghan, mahal, ang volume lisod pakunhuran, ug ang mas taas nga fiber mas sensitibo sa kagubot sa palibot.
Ang nahisgutan sa ibabaw mubo nga nagpaila sa pipila ka mga pamaagi sa photoelectron generation sa microwave signals, ingon man ang ilang mga bentaha ug disbentaha. Sa katapusan, ang paggamit sa mga photoelectron sa paghimo og microwave adunay laing bentaha mao nga ang optical signal mahimong ipang-apod-apod pinaagi sa optical fiber nga adunay gamay kaayo nga pagkawala, long-distance transmission sa matag terminal sa paggamit ug dayon mabag-o ngadto sa microwave signals, ug ang abilidad sa pagsukol sa electromagnetic interference mas miuswag kay sa tradisyonal nga mga electronic component.
Ang pagsulat niini nga artikulo panguna alang sa pakisayran, ug inubanan sa kaugalingon nga kasinatian sa panukiduki ug kasinatian sa tagsulat niini nga natad, adunay mga sayup ug dili hingpit, palihug sabta.
Oras sa pag-post: Enero-03-2024