Optoelectroneg Microdon, fel yr awgryma'r enw, yw croestoriad microdon aOptoelectroneg. Mae microdonnau a thonnau ysgafn yn donnau electromagnetig, ac mae'r amleddau'n llawer o orchmynion maint gwahanol, ac mae'r cydrannau a'r technolegau a ddatblygwyd yn eu priod feysydd yn wahanol iawn. Ar y cyd, gallwn fanteisio ar ein gilydd, ond gallwn gael cymwysiadau a nodweddion newydd sy'n anodd eu gwireddu yn y drefn honno.
Cyfathrebu Optegolyn enghraifft wych o'r cyfuniad o ficrodonnau a ffotodrydanol. Cyfathrebu diwifr ffôn a thelegraff cynnar, cenhedlaeth, lluosogi a derbyn signalau, pob un yn defnyddio dyfeisiau microdon. Defnyddir tonnau electromagnetig amledd isel i ddechrau oherwydd bod yr ystod amledd yn fach a bod capasiti'r sianel ar gyfer trosglwyddo yn fach. Yr ateb yw cynyddu amlder y signal a drosglwyddir, yr uchaf yw'r amledd, y mwyaf o adnoddau sbectrwm. Ond mae'r signal amledd uchel yn y golled lluosogi aer yn fawr, ond hefyd yn hawdd ei rwystro gan rwystrau. Os defnyddir y cebl, mae colli'r cebl yn fawr, ac mae trosglwyddo pellter hir yn broblem. Mae ymddangosiad cyfathrebu ffibr optegol yn ddatrysiad da i'r problemau hyn.Ffibr OptegolMae ganddo golled trosglwyddo isel iawn ac mae'n gludwr rhagorol ar gyfer trosglwyddo signalau dros bellteroedd hir. Mae ystod amledd tonnau ysgafn yn llawer mwy nag ystod microdonnau a gallant drosglwyddo llawer o wahanol sianeli ar yr un pryd. Oherwydd y manteision hyn oTrosglwyddiad Optegol, Mae cyfathrebu ffibr optegol wedi dod yn asgwrn cefn trosglwyddo gwybodaeth heddiw.
Mae gan gyfathrebu optegol hanes hir, mae ymchwil a chymhwysiad yn helaeth iawn ac yn aeddfed, dyma beidio â dweud mwy. Mae'r papur hwn yn cyflwyno cynnwys ymchwil newydd optoelectroneg microdon yn bennaf yn ystod y blynyddoedd diwethaf heblaw cyfathrebu optegol. Mae optoelectroneg microdon yn defnyddio'r dulliau a'r technolegau ym maes optoelectroneg yn bennaf fel y cludwr i wella a chyflawni'r perfformiad a'r cymhwysiad sy'n anodd eu cyflawni gyda chydrannau electronig microdon traddodiadol. O safbwynt y cais, mae'n cynnwys y tair agwedd ganlynol yn bennaf.
Y cyntaf yw'r defnydd o optoelectroneg i gynhyrchu signalau microdon sŵn isel perfformiad uchel, o'r band-X yr holl ffordd i'r band Thz.
Yn ail, prosesu signal microdon. Gan gynnwys oedi, hidlo, trosi amledd, derbyn ac ati.
Yn drydydd, trosglwyddo signalau analog.
Yn yr erthygl hon, dim ond y rhan gyntaf y mae'r awdur yn eu cyflwyno, y genhedlaeth o signal microdon. Cynhyrchir ton milimedr microdon traddodiadol yn bennaf gan gydrannau microelectroneg III_V. Mae gan ei gyfyngiadau y pwyntiau canlynol: yn gyntaf, i amleddau uchel fel 100GHz uchod, gall microelectroneg draddodiadol gynhyrchu llai a llai o bŵer, i'r signal THz amledd uwch, ni allant wneud dim. Yn ail, er mwyn lleihau sŵn cyfnod a gwella sefydlogrwydd amledd, mae angen gosod y ddyfais wreiddiol mewn amgylchedd tymheredd isel iawn. Yn drydydd, mae'n anodd cyflawni ystod eang o drosi amledd modiwleiddio amledd. I ddatrys y problemau hyn, gall technoleg optoelectroneg chwarae rôl. Disgrifir y prif ddulliau isod.
1. Trwy amledd gwahaniaeth dau signal laser amledd gwahanol, defnyddir ffotodetector amledd uchel i drosi signalau microdon, fel y dangosir yn Ffigur 1.
Ffigur 1. Diagram sgematig o ficrodonnau a gynhyrchir gan amledd gwahaniaeth daulaserau.
Manteision y dull hwn yw strwythur syml, gall gynhyrchu ton milimedr amledd uchel iawn a hyd yn oed signal amledd THz, a thrwy addasu amlder y laser gall gynnal ystod eang o drawsnewid amledd cyflym, amledd ysgubol. Yr anfantais yw bod sŵn llinell linell neu gam y signal amledd gwahaniaeth a gynhyrchir gan ddau signal laser digyswllt yn gymharol fawr, ac nid yw'r sefydlogrwydd amledd yn uchel, yn enwedig os defnyddir laser lled -ddargludyddion â chyfaint fach ond lled -linell fawr (~ MHz). Os nad yw gofynion cyfaint pwysau'r system yn uchel, gallwch ddefnyddio laserau cyflwr solid sŵn isel (~ kHz),laserau ffibr, ceudod allanollaserau lled -ddargludyddion, ac ati. Yn ogystal, gellir defnyddio dau fodd gwahanol o signalau laser a gynhyrchir yn yr un ceudod laser hefyd i gynhyrchu amledd gwahaniaeth, fel bod y perfformiad sefydlogrwydd amledd microdon yn cael ei wella'n fawr.
2. Er mwyn datrys y broblem bod y ddau laser yn y dull blaenorol yn anghynhenid a sŵn y cyfnod signal a gynhyrchir yn rhy fawr, gellir cael y cydlyniant rhwng y ddwy laser trwy ddull cloi cam cloi amledd y pigiad neu'r gylched cloi cam adborth negyddol. Mae Ffigur 2 yn dangos cymhwysiad nodweddiadol o gloi pigiad i gynhyrchu lluosrifau microdon (Ffigur 2). Trwy chwistrellu signalau cerrynt amledd uchel yn uniongyrchol i laser lled-ddargludyddion, neu trwy ddefnyddio modulator cyfnod LINBO3, gellir cynhyrchu signalau optegol lluosog o wahanol amleddau â bylchau amledd cyfartal, neu gribau amledd optegol. Wrth gwrs, y dull a ddefnyddir yn gyffredin i gael crib amledd optegol sbectrwm eang yw defnyddio laser wedi'i gloi mewn modd. Dewisir unrhyw ddau signal crib yn y crib amledd optegol a gynhyrchir trwy hidlo a'u chwistrellu i laser 1 a 2 yn y drefn honno i wireddu amledd a chloi cam yn y drefn honno. Oherwydd bod y cyfnod rhwng y gwahanol signalau crib o'r crib amledd optegol yn gymharol sefydlog, fel bod y cyfnod cymharol rhwng y ddwy laser yn sefydlog, ac yna trwy'r dull o amledd gwahaniaeth fel y disgrifiwyd o'r blaen, gellir cael signal microdon amledd aml-eisiau y gyfradd ailadrodd crib amledd optegol.
Ffigur 2. Diagram sgematig o signal dyblu amledd microdon a gynhyrchir gan gloi amledd pigiad.
Ffordd arall o leihau sŵn cyfnod cymharol y ddau laser yw defnyddio PLL optegol adborth negyddol, fel y dangosir yn Ffigur 3.
Ffigur 3. Diagram sgematig o OPL.
Mae egwyddor PLL optegol yn debyg i egwyddor PLL ym maes electroneg. Mae gwahaniaeth cyfnod y ddwy laser yn cael ei drawsnewid yn signal trydanol gan ffotodetector (sy'n cyfateb i synhwyrydd cyfnod), ac yna ceir y gwahaniaeth cyfnod rhwng y ddwy laser trwy wneud amledd gwahaniaeth gyda ffynhonnell signal microdon cyfeirio, sy'n cael ei chwyddo a'i hidlo ac yna ei fwydo). Trwy ddolen reoli adborth mor negyddol, mae'r cam amledd cymharol rhwng y ddau signal laser wedi'i gloi i'r signal microdon cyfeirio. Yna gellir trosglwyddo'r signal optegol cyfun trwy ffibrau optegol i ffotodetector mewn man arall a'u troi'n signal microdon. Mae sŵn cyfnod sy'n deillio o'r signal microdon bron yr un fath â sŵn y signal cyfeirio o fewn lled band y ddolen adborth negyddol wedi'i gloi ar gam. Mae'r sŵn cyfnod y tu allan i'r lled band yn hafal i sŵn cyfnod cymharol y ddau laser digyswllt gwreiddiol.
Yn ogystal, gellir trosi'r ffynhonnell signal microdon cyfeirio hefyd gan ffynonellau signal eraill trwy ddyblu amledd, amledd rhannwr, neu brosesu amledd arall, fel y gall y signal microdon amledd is fod yn amlddworydd, neu ei drawsnewid yn signalau RF, THz RF amledd uchel.
O'i gymharu â chloi amledd pigiad, dim ond dyblu amledd y gall dolenni sy'n cael eu cloi yn fwy hyblyg, gallant gynhyrchu amleddau mympwyol bron, ac wrth gwrs yn fwy cymhleth. For example, the optical frequency comb generated by the photoelectric modulator in Figure 2 is used as the light source, and the optical phase-locked loop is used to selectively lock the frequency of the two lasers to the two optical comb signals, and then generate high-frequency signals through the difference frequency, as shown in Figure 4. f1 and f2 are the reference signal frequencies of the two PLLS respectively, and a microwave Gellir cynhyrchu signal N*FREP+F1+F2 yn ôl yr amledd gwahaniaeth rhwng y ddau laser.
Ffigur 4. Diagram sgematig o gynhyrchu amleddau mympwyol gan ddefnyddio cribau amledd optegol a PLLs.
3. Defnyddiwch laser pwls wedi'i gloi â modd i drosi signal pwls optegol yn signal microdon trwyddoffotodetector.
Prif fantais y dull hwn yw y gellir cael signal â sefydlogrwydd amledd da iawn a sŵn cyfnod isel iawn. Trwy gloi amlder y laser i sbectrwm pontio atomig a moleciwlaidd sefydlog iawn, neu geudod optegol hynod sefydlog, a defnyddio symudiad amledd system dileu amledd hunan-dyblu a thechnolegau eraill, gallwn gael signal pwls optegol sefydlog iawn gyda signal lawnell sefydlog iawn. Ffigur 5.
Ffigur 5. Cymhariaeth o sŵn cyfnod cymharol gwahanol ffynonellau signal.
Fodd bynnag, oherwydd bod y gyfradd ailadrodd pwls yn gymesur yn wrthdro â hyd ceudod y laser, ac mae'r laser traddodiadol wedi'i gloi ar y modd yn fawr, mae'n anodd cael signalau microdon amledd uchel yn uniongyrchol. Yn ogystal, mae maint, pwysau ac ynni laserau pyls traddodiadol, yn ogystal â'r gofynion amgylcheddol llym, yn cyfyngu ar eu cymwysiadau labordy yn bennaf. Er mwyn goresgyn yr anawsterau hyn, mae ymchwil wedi cychwyn yn yr Unol Daleithiau a'r Almaen yn ddiweddar gan ddefnyddio effeithiau aflinol i gynhyrchu cribau optegol amledd-sefydlog mewn ceudodau optegol modd bach iawn o ansawdd uchel, sydd yn ei dro yn cynhyrchu signalau microdon sŵn isel amledd uchel.
4. Oscillator Electronig Opto, Ffigur 6.
Ffigur 6. Diagram sgematig o oscillator cypledig ffotodrydanol.
Un o'r dulliau traddodiadol o gynhyrchu microdonnau neu laserau yw defnyddio dolen gaeedig hunan-adborth, cyhyd â bod yr enillion yn y ddolen gaeedig yn fwy na'r golled, gall yr osciliad hunan-gyffrous gynhyrchu microdonnau neu laserau. Po uchaf yw ffactor ansawdd q y ddolen gaeedig, y lleiaf yw'r cyfnod signal a gynhyrchir neu'r sŵn amledd. Er mwyn cynyddu ffactor ansawdd y ddolen, y ffordd uniongyrchol yw cynyddu hyd y ddolen a lleihau'r golled lluosogi. Fodd bynnag, fel rheol gall dolen hirach gefnogi cynhyrchu sawl dull o osciliad, ac os ychwanegir hidlydd lled band cul, gellir cael signal osciliad microdon sŵn isel un amledd. Mae oscillator cypledig ffotodrydanol yn ffynhonnell signal microdon sy'n seiliedig ar y syniad hwn, mae'n gwneud defnydd llawn o nodweddion colli lluosogi isel y ffibr, gan ddefnyddio ffibr hirach i wella'r gwerth dolen Q, yn gallu cynhyrchu signal microdon gyda sŵn cam isel iawn. Ers i'r dull gael ei gynnig yn y 1990au, mae'r math hwn o oscillator wedi derbyn ymchwil helaeth a datblygiad sylweddol, ac ar hyn o bryd mae oscillatwyr ffotodrydanol masnachol. Yn fwy diweddar, mae oscillatwyr ffotodrydanol y gellir addasu eu amleddau dros ystod eang. Prif broblem ffynonellau signal microdon yn seiliedig ar y bensaernïaeth hon yw bod y ddolen yn hir, a bydd y sŵn yn ei lif rhydd (FSR) a'i amledd dwbl yn cynyddu'n sylweddol. Yn ogystal, mae'r cydrannau ffotodrydanol a ddefnyddir yn fwy, mae'r gost yn uchel, mae'n anodd lleihau'r gyfrol, ac mae'r ffibr hirach yn fwy sensitif i aflonyddwch amgylcheddol.
Mae'r uchod yn cyflwyno sawl dull o gynhyrchu ffotodrydanol o signalau microdon, ynghyd â'u manteision a'u hanfanteision. Yn olaf, mae gan y defnydd o ffotodrydanol i gynhyrchu microdon fantais arall yw y gellir dosbarthu'r signal optegol trwy'r ffibr optegol gyda cholled isel iawn, trosglwyddiad pellter hir i bob terfynell defnyddio ac yna ei droi'n signalau microdon, ac mae'r gallu i wrthsefyll ymyrraeth electromagnetig yn cael ei wella'n sylweddol na chydrannau electronig traddodiadol.
Mae ysgrifennu'r erthygl hon er mwyn cyfeirio atynt yn bennaf, a'i chyfuno â phrofiad a phrofiad ymchwil yr awdur ei hun yn y maes hwn, mae gwallau ac anneallusrwydd, deallwch.
Amser Post: Ion-03-2024