Микродулкынлы оптоэлектроника, исеменнән күренгәнчә, микродулкынлы һәм микродулкынлы нокталар кисешкән урыноптоэлектроникаМикродулкыннар һәм яктылык дулкыннары - электромагнит дулкыннар, һәм ешлыклар төрле дәрәҗәдә, һәм аларның өлкәләрендә эшләнгән компонентлар һәм технологияләр бик төрле. Бергәләп, без бер-беребездән файдалана алабыз, ләкин гамәлгә ашыруы авыр булган яңа кушымталар һәм үзенчәлекләр ала алабыз.
Оптик элемтәмикродулкыннар һәм фотоэлектроннарның кушылуына ачык мисал булып тора. Иртә телефон һәм телеграф сымсыз элемтәсе, сигналларны генерацияләү, тарату һәм кабул итү өчен, барысы да микродулкынлы җайланмалар кулланган. Башта түбән ешлыклы электромагнит дулкыннар кулланыла, чөнки ешлык диапазоны кечкенә һәм тапшыру өчен канал сыйдырышлыгы аз. Чишелеш - тапшырылган сигналның ешлыгын арттыру, ешлык югарырак булган саен, спектр ресурслары күбрәк. Ләкин югары ешлыклы сигналның һавада таралу югалтулары зур, ләкин киртәләр белән җиңел генә блоклана. Әгәр кабель кулланылса, кабель югалтулары зур, һәм ерак араларга тапшыру проблема тудыра. Оптик җепселле элемтәнең барлыкка килүе бу проблемаларга яхшы чишелеш булып тора.Оптик җепселтапшыру югалтулары бик түбән һәм сигналларны ерак араларга тапшыру өчен бик яхшы ташучы булып тора. Яктылык дулкыннарының ешлык диапазоны микродулкыннарныкына караганда күпкә зуррак һәм бер үк вакытта күп төрле каналларны тапшыра ала. Бу өстенлекләр аркасындаоптик тапшыру, оптик җепселле элемтә бүгенге мәгълүмат тапшыруның нигезенә әйләнде.
Оптик элемтәнең озын тарихы бар, тикшеренүләр һәм куллану бик киң һәм өлгергән, монда моның турында сүз дә юк. Бу мәкаләдә, нигездә, оптик элемтәдән тыш, соңгы елларда микродулкынлы оптоэлектрониканың яңа тикшеренү эчтәлеге тәкъдим ителә. Микродулкынлы оптоэлектроника, нигездә, традицион микродулкынлы электрон компонентлары белән ирешүе кыен булган эшчәнлекне һәм куллануны яхшырту һәм аңа ирешү өчен оптоэлектроника өлкәсендәге ысуллар һәм технологияләр кулланыла. Куллану ягыннан ул, нигездә, түбәндәге өч аспектны үз эченә ала.
Беренчесе - X-диапазоныннан алып THz диапазонына кадәр югары җитештерүчәнлекле, түбән шау-шулы микродулкын сигналларын булдыру өчен оптоэлектроника куллану.
Икенчедән, микродулкынлы сигнал эшкәртү. Кичектерү, фильтрлау, ешлыкны үзгәртү, кабул итү һ.б. керә.
Өченчедән, аналог сигналларны тапшыру.
Бу мәкаләдә автор бары тик беренче өлешне, микродулкынлы сигнал генерациясен генә тәкъдим итә. Традицион микродулкынлы миллиметр дулкыны, нигездә, iii_V микроэлектрон компонентлары тарафыннан генерацияләнә. Аның чикләүләре түбәндәге пунктларга ия: Беренчедән, 100 ГГц кебек югары ешлыкларга карата традицион микроэлектроника азрак һәм азрак энергия җитештерә ала, югарырак ешлыклы THz сигналына карата алар бернәрсә дә эшли алмый. Икенчедән, фаза шау-шуын киметү һәм ешлык тотрыклылыгын яхшырту өчен, оригиналь җайланманы бик түбән температуралы мохиткә урнаштырырга кирәк. Өченчедән, ешлык модуляциясенең ешлык конверсиясенең киң диапазонына ирешү авыр. Бу проблемаларны хәл итү өчен оптоэлектрон технология роль уйный ала. Төп ысуллар түбәндә тасвирланган.
1. Ике төрле ешлыклы лазер сигналының аерма ешлыгы аша, 1 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, микродулкынлы сигналларны үзгәртү өчен югары ешлыклы фотодетектор кулланыла.
1 нче рәсем. Ике ешлык аермасы белән барлыкка килгән микродулкынлы мичләрнең схемасылазерлар.
Бу ысулның өстенлекләре - гади структура, бик югары ешлыклы миллиметр дулкынын һәм хәтта ТГц ешлык сигналын булдыра ала, һәм лазер ешлыгын көйләү ярдәмендә тиз ешлык үзгәртүнең зур диапазонын, ешлыкны күчерүне гамәлгә ашырырга мөмкин. Кимчелеге шунда ки, ике бәйләнмәгән лазер сигналы белән барлыкка китерелгән аерма ешлык сигналының сызык киңлеге яки фаза шау-шулары чагыштырмача зур, һәм ешлык тотрыклылыгы югары түгел, бигрәк тә кечкенә күләмле, ләкин зур сызык киңлеге (~MHz) булган ярымүткәргеч лазер кулланылса. Әгәр системаның авырлык күләм таләпләре югары булмаса, сез түбән шау-шулы (~кГц) каты халәт лазерларын куллана аласыз,җепсел лазерлар, тышкы куышлыкярымүткәргеч лазерларһ.б. Моннан тыш, бер үк лазер куышлыгында барлыкка килгән ике төрле лазер сигнал режимы да төрле ешлык булдыру өчен кулланылырга мөмкин, шуның белән микродулкынлы ешлык тотрыклылыгы күпкә яхшыра.
2. Алдагы ысулдагы ике лазерның когерент булмау һәм барлыкка килгән сигнал фазасы шау-шуы бик зур булу проблемасын хәл итү өчен, ике лазер арасындагы когерентлыкны инъекция ешлыгын блоклау фазасын блоклау ысулы яки тискәре кире элемтә фазасын блоклау схемасы ярдәмендә алырга мөмкин. 2 нче рәсемдә микродулкынлы мультиплексорларны булдыру өчен инъекция блоклауның типик кулланылышы күрсәтелгән (2 нче рәсем). Ярымүткәргеч лазерга турыдан-туры югары ешлыклы ток сигналларын кертү яки LinBO3 фазалы модулятор ярдәмендә, тигез ешлык аралыгы белән төрле ешлыклы берничә оптик сигнал, яки оптик ешлык таракларын булдырырга мөмкин. Әлбәттә, киң спектрлы оптик ешлык таракларын алу өчен еш кулланыла торган ысул - режимлы блокланган лазер куллану. Генерацияләнгән оптик ешлык таракларындагы теләсә нинди ике тарак сигналы фильтрлау юлы белән сайлана һәм ешлык һәм фаза блоклауларын гамәлгә ашыру өчен 1 һәм 2 лазерларына кертелә. Оптик ешлык таракларының төрле тарак сигналлары арасындагы фаза чагыштырмача тотрыклы булганга күрә, ике лазер арасындагы чагыштырма фаза тотрыклы, аннары алдан тасвирланганча аерма ешлыгы ысулы белән оптик ешлык таракларының кабатлану тизлегенең күп катлы ешлыклы микродулкын сигналын алырга мөмкин.
2 нче рәсем. Инъекция ешлыгын блоклау нәтиҗәсендә барлыкка килгән микродулкынлы ешлыкның икеләтә арту сигналының схемасы.
Ике лазерның чагыштырма фаза шау-шуын киметүнең тагын бер ысулы - 3 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, тискәре кире элемтә оптик PLL куллану.
3 нче рәсем. OPLның схематик диаграммасы.
Оптик PLL принцибы электроника өлкәсендә PLL принцибына охшаш. Ике лазерның фаза аермасы фотодетектор (фаза детекторына тиң) ярдәмендә электр сигналына әйләндерелә, аннары ике лазер арасындагы фаза аермасы эталон микродулкынлы сигнал чыганагы белән аерма ешлыгы ясау юлы белән алына, ул көчәйтелә һәм фильтрлана, аннары лазерларның берсенең ешлык контроль блогына кире кайтарыла (ярымүткәргеч лазерлар өчен бу инъекция тогы). Мондый тискәре кире элемтә контроль контуры аша ике лазер сигналы арасындагы чагыштырма ешлык фазасы эталон микродулкынлы сигналга бикләнә. Берләштерелгән оптик сигнал аннары оптик җепселләр аша башка фотодетекторга тапшырылырга һәм микродулкынлы сигналга әйләндерелергә мөмкин. Микродулкынлы сигналның килеп чыккан фаза шау-шулары фаза белән бикләнгән тискәре кире элемтә контурының полоса киңлегендәге эталон сигналныкы белән диярлек бертигез. Полоса киңлегеннән тыш фаза шау-шулары башлангыч ике бәйләнмәгән лазерның чагыштырма фаза шау-шуына тигез.
Моннан тыш, микродулкынлы сигнал чыганагын башка сигнал чыганаклары белән ешлыкны икеләтә арттыру, бүлүче ешлык яки башка ешлык эшкәртү аша үзгәртеп була, шуңа күрә түбән ешлыклы микродулкынлы сигналны күпләтә арттырып яки югары ешлыклы RF, THz сигналларына үзгәртеп була.
Инъекция ешлыгын блоклау белән чагыштырганда, ешлыкны икеләтә арттыру гына мөмкин, фаза белән блокланган цикллар күбрәк сыгылмалы, диярлек теләсә нинди ешлыклар бирә ала, һәм, әлбәттә, катлаулырак. Мәсәлән, 2 нче рәсемдә фотоэлектр модуляторы тарафыннан генерацияләнгән оптик ешлык тарагы яктылык чыганагы буларак кулланыла, ә оптик фаза белән блокланган цикл ике лазерның ешлыгын ике оптик тарак сигналына сайлап блоклау өчен кулланыла, аннары 4 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, аерма ешлыгы аша югары ешлыклы сигналлар генерацияли. f1 һәм f2 - ике PLLSның эталон сигнал ешлыклары, һәм ике лазер арасындагы аерма ешлыгы белән N*frep+f1+f2 микродулкынлы сигнал генерацияләнә ала.
4 нче рәсем. Оптик ешлык тараклары һәм PLLS кулланып теләсә нинди ешлыклар генерацияләүнең схематик диаграммасы.
3. Оптик импульс сигналын микродулкынлы сигналга әйләндерү өчен режимда бикләнгән импульслы лазер кулланыгызфотодетектор.
Бу ысулның төп өстенлеге шунда ки, бик яхшы ешлык тотрыклылыгы һәм бик түбән фазалы шау-шу белән сигнал алырга мөмкин. Лазер ешлыгын бик тотрыклы атом һәм молекуляр күчеш спектрына яки бик тотрыклы оптик куышлыкка бикләп, үз-үзен икеләтә арттыручы ешлык бетерү системасы ешлык күчүен һәм башка технологияләрне кулланып, без бик тотрыклы кабатлау ешлыгы белән бик тотрыклы оптик импульс сигналын ала алабыз, шуның белән фазалы шау-шу бик түбән булган микродулкынлы сигнал ала алабыз. 5 нче рәсем.
5 нче рәсем. Төрле сигнал чыганакларының чагыштырма фаза шау-шуын чагыштыру.
Ләкин, импульс кабатлану тизлеге лазерның куышлык озынлыгына кире пропорциональ булганлыктан, һәм традицион режимлы лазер зур булганлыктан, югары ешлыклы микродулкынлы сигналларны турыдан-туры алу авыр. Моннан тыш, традицион импульслы лазерларның зурлыгы, авырлыгы һәм энергия куллануы, шулай ук катгый әйләнә-тирә мохит таләпләре аларның, нигездә, лабораториядә кулланылышын чикли. Бу кыенлыкларны җиңү өчен, күптән түгел Америка Кушма Штатларында һәм Германиядә бик кечкенә, югары сыйфатлы чыркылдау режимындагы оптик куышлыкларда ешлыклы тотрыклы оптик тараклар булдыру өчен сызыклы булмаган эффектлар кулланып тикшеренүләр башланды, алар үз чиратында югары ешлыклы түбән шау-шулы микродулкынлы сигналлар тудыра.
4. оптик электрон осциллятор, 6 нчы рәсем.
6 нчы рәсем. Фотоэлектрик бәйләнешле осцилляторның схемасы.
Микродулкыннар яки лазерлар генерацияләүнең традицион ысулларының берсе - үз-үзеңә кире элемтә ябык контурын куллану, ябык контурдагы көчәйтү югалтудан зуррак булган очракта, үз-үзенә кузгатылган тирбәнеш микродулкыннар яки лазерлар барлыкка китерә ала. Ябык контурның сыйфат коэффициенты Q югарырак булган саен, генерацияләнгән сигнал фазасы яки ешлык шау-шуы кечерәк була. Контурның сыйфат коэффициентын арттыру өчен, туры юл - контур озынлыгын арттыру һәм таралу югалтуларын минимальләштерү. Ләкин, озынрак контур гадәттә тирбәнешнең күп режимнарын генерацияләүне хуплый ала, һәм тар полосалы фильтр өстәлсә, бер ешлыклы түбән шау-шулы микродулкын тирбәнеш сигналын алырга мөмкин. Фотоэлектрик тоташтырылган осциллятор - бу идеягә нигезләнгән микродулкын сигнал чыганагы, ул җепселнең түбән таралу югалту үзенчәлекләрен тулысынча куллана, контурның Q кыйммәтен яхшырту өчен озынрак җепсел кулланып, бик түбән фазалы шау-шулы микродулкын сигналын җитештерә ала. Бу ысул 1990-нчы елларда тәкъдим ителгәннән бирле, бу төр осциллятор киң тикшеренүләр һәм шактый үсеш алды, һәм хәзерге вакытта коммерция фотоэлектрик тоташтырылган осцилляторлар бар. Соңгы вакытта ешлыкларын киң диапазонда көйләргә мөмкин булган фотоэлектрик осцилляторлар эшләнде. Бу архитектурага нигезләнгән микродулкынлы сигнал чыганакларының төп проблемасы шунда ки, цикл озын, һәм аның ирекле агымындагы (FSR) шау-шу һәм аның икеләтә ешлыгы сизелерлек артачак. Моннан тыш, кулланыла торган фотоэлектрик компонентлар күбрәк, бәясе югары, күләмен киметү авыр, һәм озынрак җепсел әйләнә-тирә мохиткә тәэсир итүгә сизгеррәк.
Югарыда микродулкынлы сигналларны фотоэлектроннар белән генерацияләүнең берничә ысулы, шулай ук аларның өстенлекләре һәм кимчелекләре кыскача тәкъдим ителә. Ниһаять, микродулкынлы сигналлар җитештерү өчен фотоэлектроннар куллануның тагын бер өстенлеге бар: оптик сигнал оптик җепсел аша бик аз югалтулар белән таратылырга мөмкин, һәр куллану терминалына ерак араларга тапшырылырга һәм аннары микродулкынлы сигналларга әйләндерелергә мөмкин, һәм электромагнит комачаулауга каршы тору сәләте традицион электрон компонентларга караганда күпкә яхшыртылган.
Бу мәкалә, нигездә, белешмә өчен язылган, һәм авторның үз тикшеренү тәҗрибәсе һәм бу өлкәдәге тәҗрибәсе белән бергә, төгәлсезлекләр һәм аңлашылмаучанлыклар бар, зинһар, аңлагыз.
Бастырылган вакыты: 2024 елның 3 гыйнвары