Optoelektwonik mikwo ond, jan non an sijere a, se entèseksyon mikwo ond lan akoptoelektwonikMikwo ond ak ond limyè se ond elektwomayetik, epi frekans yo diferan anpil nan plizyè lòd mayitid, epi konpozan ak teknoloji yo devlope nan domèn respektif yo trè diferan. Lè nou konbine, nou ka pwofite youn lòt, men nou ka jwenn nouvo aplikasyon ak karakteristik ki difisil pou reyalize respektivman.
Kominikasyon optikse yon egzanp pafè sou konbinezon mikwo ond ak fotoelektwon. Nan premye kominikasyon san fil telefòn ak telegraf yo, jenerasyon, pwopagasyon ak resepsyon siyal yo, tout te itilize aparèy mikwo ond. Okòmansman, yo te itilize ond elektwomayetik ki ba frekans paske seri frekans lan piti epi kapasite kanal transmisyon an piti. Solisyon an se ogmante frekans siyal ki transmèt la, pi wo frekans lan ye, se plis resous spectre yo genyen. Men, pèt pwopagasyon siyal ki wo frekans nan lè a gwo, men li fasil tou pou bloke pa obstak. Si yo itilize kab, pèt kab la gwo, epi transmisyon long distans lan se yon pwoblèm. Aparisyon kominikasyon fib optik la se yon bon solisyon pou pwoblèm sa yo.Fib optikli gen yon pèt transmisyon ki ba anpil epi li se yon ekselan transpòtè pou transmèt siyal sou long distans. Gam frekans ond limyè yo pi gran pase sa yo ki nan mikwo ond epi yo ka transmèt anpil chanèl diferan an menm tan. Akòz avantaj sa yo nantransmisyon optik, kominikasyon fib optik la vin tounen kolòn vètebral transmisyon enfòmasyon jodi a.
Kominikasyon optik gen yon istwa ki long, rechèch ak aplikasyon yo trè vaste e byen devlope, nou pa bezwen di plis isit la. Atik sa a prezante prensipalman nouvo kontni rechèch nan optoelektwonik mikwo ond nan dènye ane yo apa de kominikasyon optik. Optoelektwonik mikwo ond itilize sitou metòd ak teknoloji nan domèn optoelektwonik kòm yon mwayen pou amelyore epi reyalize pèfòmans ak aplikasyon ki difisil pou reyalize ak konpozan elektwonik mikwo ond tradisyonèl yo. Nan pèspektiv aplikasyon an, li gen ladan sitou twa aspè sa yo.
Premye a se itilizasyon optoelektwonik pou jenere siyal mikwo ond ki gen pèfòmans wo ak ti bri, soti nan band X rive nan band THz la.
Dezyèmman, pwosesis siyal mikwo ond lan. Ki gen ladan reta, filtraj, konvèsyon frekans, resepsyon ak sou sa.
Twazyèmman, transmisyon siyal analòg yo.
Nan atik sa a, otè a sèlman prezante premye pati a, ki se jenerasyon siyal mikwo-onn lan. Ond milimèt mikwo-onn tradisyonèl la sitou pwodui pa konpozan mikwo-elektwonik iii_V yo. Limit li yo gen pwen sa yo: Premyèman, pou frekans ki wo tankou 100GHz pi wo, mikwo-elektwonik tradisyonèl la ka pwodui mwens ak mwens pouvwa, alòske pou siyal THz ki gen frekans ki pi wo, yo pa ka fè anyen. Dezyèmman, pou diminye bri faz epi amelyore estabilite frekans, aparèy orijinal la bezwen mete nan yon anviwònman tanperati ki ba anpil. Twazyèmman, li difisil pou reyalize yon pakèt konvèsyon frekans modilasyon frekans. Pou rezoud pwoblèm sa yo, teknoloji optoelektwonik ka jwe yon wòl. Metòd prensipal yo dekri anba a.
1. Atravè diferans frekans de siyal lazè frekans diferan, yo itilize yon fotodetektè wo frekans pou konvèti siyal mikwo ond yo, jan yo montre nan Figi 1.
Figi 1. Dyagram eskematik mikwo ond ki pwodui pa diferans frekans delazè.
Avantaj metòd sa a se senplisite estrikti a, li ka jenere ond milimèt frekans ki wo anpil e menm siyal frekans THz, epi lè w ajiste frekans lazè a, li ka fè yon gwo seri konvèsyon frekans rapid, ak yon balayaj frekans. Dezavantaj la se lajè liy oswa bri faz siyal diferans frekans ki pwodui pa de siyal lazè ki pa gen rapò yo relativman gwo, epi estabilite frekans lan pa wo, sitou si w ap itilize yon lazè semi-kondiktè ki gen yon ti volim men yon gwo lajè liy (~MHz). Si egzijans volim pwa sistèm lan pa wo, ou ka itilize lazè solid-state ki gen ti bri (~kHz).lazè fib, kavite ekstènlazè semi-kondiktè, elatriye. Anplis de sa, de mòd diferan nan siyal lazè ki pwodui nan menm kavite lazè a kapab tou itilize pou jenere yon frekans diferans, pou pèfòmans estabilite frekans mikwo ond lan amelyore anpil.
2. Pou rezoud pwoblèm kote de lazè yo nan metòd anvan an pa koheran epi bri faz siyal ki pwodui a twò gwo, yo ka jwenn koyerans ant de lazè yo grasa metòd bloke faz ak frekans enjeksyon an oswa sikwi bloke faz ak fidbak negatif la. Figi 2 montre yon aplikasyon tipik bloke enjeksyon pou jenere miltip mikwo ond (Figi 2). Lè yo enjekte dirèkteman siyal kouran frekans segondè nan yon lazè semi-kondiktè, oswa lè yo itilize yon modilatè faz LinBO3, yo ka jenere plizyè siyal optik ki gen diferan frekans ak espasman frekans egal, oswa peny frekans optik. Natirèlman, metòd ki pi souvan itilize pou jwenn yon peny frekans optik laj spectre se sèvi ak yon lazè bloke mòd. Nenpòt de siyal peny nan peny frekans optik ki pwodui a chwazi pa filtraj epi enjekte nan lazè 1 ak 2 respektivman pou reyalize bloke frekans ak faz respektivman. Piske faz ki genyen ant diferan siyal peny frekans optik la relativman estab, konsa faz relatif ant de lazè yo estab, epi answit grasa metòd diferans frekans jan sa dekri anvan an, yo ka jwenn siyal mikwo ond frekans miltip nan to repetisyon peny frekans optik la.
Figi 2. Dyagram eskematik siyal doubleman frekans mikwo ond ki pwodui pa bloke frekans enjeksyon.
Yon lòt fason pou diminye bri faz relatif de lazè yo se sèvi ak yon PLL optik ak fidbak negatif, jan yo montre nan Figi 3.
Figi 3. Dyagram eskematik OPL la.
Prensip PLL optik la sanble ak PLL nan domèn elektwonik la. Diferans faz de lazè yo konvèti an yon siyal elektrik pa yon fotodetektè (ekivalan a yon detektè faz), epi answit diferans faz ant de lazè yo jwenn lè yo fè yon diferans frekans ak yon sous siyal mikwo ond referans, ki anplifye epi filtre epi answit voye tounen nan inite kontwòl frekans youn nan lazè yo (pou lazè semi-kondiktè, se kouran enjeksyon an). Atravè yon bouk kontwòl fidbak negatif konsa, faz frekans relatif ant de siyal lazè yo bloke sou siyal mikwo ond referans lan. Siyal optik konbine a ka transmèt atravè fib optik nan yon fotodetektè yon lòt kote epi konvèti an yon siyal mikwo ond. Bri faz ki soti nan siyal mikwo ond lan prèske menm jan ak siyal referans lan nan lajè band bouk fidbak negatif ki bloke faz la. Bri faz deyò lajè band lan egal a bri faz relatif de lazè orijinal ki pa gen rapò yo.
Anplis de sa, sous siyal mikwo ond referans lan kapab konvèti tou pa lòt sous siyal atravè double frekans, frekans divizè, oswa lòt pwosesis frekans, pou siyal mikwo ond ki pi ba a ka miltipliye, oswa konvèti an siyal RF, THz ki gen gwo frekans.
Konpare ak bloke frekans enjeksyon an, ou ka sèlman double frekans lan. Bouk bloke faz yo pi fleksib, yo ka pwodui frekans prèske abitrè, epi natirèlman yo pi konplèks. Pa egzanp, peny frekans optik ki pwodui pa modilatè fotoelektrik la nan Figi 2 a itilize kòm sous limyè a, epi bouk bloke faz optik la itilize pou bloke frekans de lazè yo selektivman sou de siyal peny optik yo, epi answit jenere siyal wo frekans atravè diferans frekans lan, jan yo montre nan Figi 4. f1 ak f2 se frekans siyal referans de PLLS yo respektivman, epi yon siyal mikwo ond N*frep+f1+f2 ka pwodui pa diferans frekans ant de lazè yo.
Figi 4. Dyagram eskematik pou jenerasyon frekans abitrè lè l sèvi avèk peny frekans optik ak PLLS.
3. Sèvi ak lazè pulsasyon ki bloke nan mòd pou konvèti siyal pulsasyon optik an siyal mikwo ond atravèfotodetektè.
Prensipal avantaj metòd sa a se ke nou ka jwenn yon siyal ki gen yon trè bon estabilite frekans ak yon bri faz ki ba anpil. Lè nou bloke frekans lazè a sou yon spectre tranzisyon atomik ak molekilè ki trè estab, oubyen yon kavite optik ki trè estab, epi nou itilize sistèm eliminasyon frekans ki double tèt li ak lòt teknoloji, nou ka jwenn yon siyal pulsasyon optik ki trè estab ak yon frekans repetisyon ki trè estab, pou nou ka jwenn yon siyal mikwo ond ki gen yon bri faz ki ba anpil. Figi 5.
Figi 5. Konparezon bri faz relatif diferan sous siyal yo.
Sepandan, paske vitès repetisyon pulsasyon an envèsman pwopòsyonèl ak longè kavite lazè a, epi lazè tradisyonèl ki bloke mòd la gwo, li difisil pou jwenn siyal mikwo ond frekans segondè dirèkteman. Anplis de sa, gwosè, pwa ak konsomasyon enèji lazè pulsasyon tradisyonèl yo, ansanm ak kondisyon anviwònman difisil yo, limite aplikasyon yo sitou nan laboratwa. Pou simonte difikilte sa yo, rechèch yo fèk kòmanse Ozetazini ak Almay lè l sèvi avèk efè non lineyè pou jenere peny optik ki estab nan frekans nan kavite optik mòd chirp ki piti anpil, ki gen bon kalite, ki an vire jenere siyal mikwo ond frekans segondè ak ti bri.
4. osilateur optoelektwonik, Figi 6.
Figi 6. Dyagram eskematik yon osilatè fotoelektrik makonnen.
Youn nan metòd tradisyonèl pou jenere mikwo ond oswa lazè se sèvi ak yon bouk fèmen oto-reyaksyon. Depi gen plis nan bouk fèmen an pase pèt la, osilasyon oto-eksite a ka pwodui mikwo ond oswa lazè. Plis faktè kalite Q nan bouk fèmen an wo, se mwens bri faz oswa frekans siyal ki pwodui a ap ye. Pou ogmante faktè kalite bouk la, fason dirèk la se ogmante longè bouk la epi minimize pèt pwopagasyon an. Sepandan, yon bouk ki pi long ka anjeneral sipòte jenerasyon plizyè mòd osilasyon, epi si yo ajoute yon filtè Pleasant etwat, yo ka jwenn yon siyal osilasyon mikwo ond ki gen yon sèl frekans ak ti bri. Osilatè foto-elektrik ki konekte a se yon sous siyal mikwo ond ki baze sou lide sa a, li itilize nèt karakteristik pèt pwopagasyon ki ba fib la. Lè l sèvi avèk yon fib ki pi long pou amelyore valè Q bouk la, li ka pwodui yon siyal mikwo ond ki gen yon bri faz ki trè ba. Depi yo te pwopoze metòd la nan ane 1990 yo, kalite osilatè sa a te resevwa anpil rechèch ak devlopman konsiderab, e kounye a gen osilatè foto-elektrik ki konekte komèsyal. Tou dènyèman, yo te devlope osilatè fotoelektrik ki gen frekans yo ka ajiste sou yon pakèt bagay. Pwoblèm prensipal sous siyal mikwo ond ki baze sou achitekti sa a se ke bouk la long, epi bri a nan koule lib li (FSR) ak doub frekans li ap ogmante anpil. Anplis de sa, konpozan fotoelektrik yo itilize yo pi plis, pri a wo, volim nan difisil pou diminye, epi fib ki pi long lan pi sansib a twoub anviwònman an.
Sa ki anwo a prezante yon ti kras plizyè metòd pou jenere siyal mikwo ond fotoelektwon, ansanm ak avantaj ak dezavantaj yo. Finalman, itilizasyon fotoelektwon pou pwodui mikwo ond gen yon lòt avantaj: siyal optik la ka distribye atravè fib optik la avèk yon pèt ki ba anpil, transmisyon long distans pou chak tèminal itilizasyon epi answit konvèti an siyal mikwo ond, epi kapasite pou reziste entèferans elektwomayetik la amelyore anpil pase konpozan elektwonik tradisyonèl yo.
Atik sa a ekri sitou pou referans, epi ansanm ak pwòp eksperyans rechèch otè a ak eksperyans li nan domèn sa a, gen enpresizyon ak mank konpreyansyon, tanpri konprann.
Dat piblikasyon: 3 janvye 2024