Optoelectroneg microdon, fel mae'r enw'n awgrymu, yw croestoriad microdon aoptoelectronegMae microdonnau a thonnau golau yn donnau electromagnetig, ac mae'r amleddau'n llawer gwahanol o ran maint, ac mae'r cydrannau a'r technolegau a ddatblygwyd yn eu meysydd priodol 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 berffaith o gyfuniad microdonnau a ffotoelectronau. Defnyddiwyd dyfeisiau microdon i gyd ar gyfer cyfathrebu diwifr ffôn a thelegraff cynnar, cynhyrchu, lledaenu a derbyn signalau. Defnyddir tonnau electromagnetig amledd isel i ddechrau oherwydd bod yr ystod amledd yn fach a chynhwysedd y sianel ar gyfer trosglwyddo yn fach. Yr ateb yw cynyddu amledd y signal a drosglwyddir, po uchaf yw'r amledd, y mwyaf o adnoddau sbectrwm. Ond mae'r golled lledaenu aer yn y signal amledd uchel yn fawr, ond mae hefyd yn hawdd ei rhwystro gan rwystrau. Os defnyddir y cebl, mae'r golled yn y cebl yn fawr, ac mae trosglwyddo pellter hir yn broblem. Mae ymddangosiad cyfathrebu ffibr optegol yn ateb da i'r problemau hyn.Ffibr optegolmae ganddo golled trosglwyddo isel iawn ac mae'n gludydd rhagorol ar gyfer trosglwyddo signalau dros bellteroedd hir. Mae ystod amledd tonnau golau yn llawer mwy nag ystod microdonnau a gall drosglwyddo llawer o sianeli gwahanol 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 ac aeddfed iawn, nid oes angen dweud mwy yma. Mae'r papur hwn yn cyflwyno cynnwys ymchwil newydd optoelectroneg microdon yn ystod y blynyddoedd diwethaf heblaw am gyfathrebu optegol. Mae optoelectroneg microdon yn bennaf yn defnyddio'r dulliau a'r technolegau ym maes optoelectroneg 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 cymhwysiad, mae'n cynnwys y tair agwedd ganlynol yn bennaf.
Y cyntaf yw defnyddio optoelectroneg i gynhyrchu signalau microdon perfformiad uchel, sŵn isel, 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, sef cynhyrchu signal microdon, a gyflwynir gan yr awdur. Cynhyrchir ton filimetr microdon draddodiadol yn bennaf gan gydrannau microelectronig iii_V. Mae ei chyfyngiadau fel a ganlyn: Yn gyntaf, i amleddau uchel fel 100GHz uwchlaw, gall microelectroneg draddodiadol gynhyrchu llai a llai o bŵer, ac i 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 optoelectronig chwarae rhan. Disgrifir y prif ddulliau isod.
1. Trwy amledd gwahaniaethol dau signal laser amledd gwahanol, defnyddir ffotosynhwyrydd 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 ei strwythur syml, gall gynhyrchu signal tonnau milimetr amledd uchel iawn a hyd yn oed signal amledd THz, a thrwy addasu amledd y laser gall gyflawni ystod eang o drosi amledd cyflym, amledd ysgubo. Yr anfantais yw bod lled llinell neu sŵn cyfnod 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 gyda chyfaint bach ond lled llinell mawr (~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 ddull gwahanol o signalau laser a gynhyrchir yn yr un ceudod laser i gynhyrchu amledd gwahaniaethol, fel bod perfformiad sefydlogrwydd amledd microdon yn gwella'n fawr.
2. Er mwyn datrys y broblem bod y ddau laser yn y dull blaenorol yn anghyson a bod y sŵn cyfnod signal a gynhyrchir yn rhy fawr, gellir cael y cydlyniant rhwng y ddau laser trwy'r dull cloi cyfnod cloi amledd chwistrellu neu'r gylched cloi cyfnod adborth negyddol. Mae Ffigur 2 yn dangos cymhwysiad nodweddiadol o gloi chwistrellu i gynhyrchu lluosrifau microdon (Ffigur 2). Trwy chwistrellu signalau cerrynt amledd uchel yn uniongyrchol i laser lled-ddargludyddion, neu drwy ddefnyddio modiwleiddiwr cyfnod LinBO3, gellir cynhyrchu signalau optegol lluosog o amleddau gwahanol gyda 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 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 cloi amledd a chyfnod 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 ddau laser yn sefydlog, ac yna trwy'r dull amledd gwahaniaeth fel y disgrifiwyd o'r blaen, gellir cael y signal microdon amledd aml-blyg o gyfradd ailadrodd y crib amledd optegol.
Ffigur 2. Diagram sgematig o signal dyblu amledd microdon a gynhyrchir gan gloi amledd chwistrellu.
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 ddau laser yn cael ei drawsnewid yn signal trydanol gan ffotosynhwyrydd (sy'n cyfateb i synhwyrydd cyfnod), ac yna ceir y gwahaniaeth cyfnod rhwng y ddau laser trwy wneud amledd gwahaniaeth gyda ffynhonnell signal microdon cyfeirio, sy'n cael ei chwyddo a'i hidlo ac yna'n cael ei fwydo'n ôl i uned rheoli amledd un o'r laserau (ar gyfer laserau lled-ddargludyddion, y cerrynt chwistrellu ydyw). Trwy ddolen reoli adborth negyddol o'r fath, mae'r cyfnod amledd cymharol rhwng y ddau signal laser yn cael ei gloi i'r signal microdon cyfeirio. Yna gellir trosglwyddo'r signal optegol cyfun trwy ffibrau optegol i ffotosynhwyrydd mewn man arall a'i drawsnewid yn signal microdon. Mae sŵn cyfnod canlyniadol y signal microdon bron yr un fath â sŵn y signal cyfeirio o fewn lled band y ddolen adborth negyddol clo-cyfnod. Mae'r sŵn cyfnod y tu allan i'r lled band yn hafal i sŵn cyfnod cymharol y ddau laser gwreiddiol digyswllt.
Yn ogystal, gellir trosi'r ffynhonnell signal microdon cyfeirio gan ffynonellau signal eraill hefyd trwy ddyblu amledd, amledd rhannwr, neu brosesu amledd arall, fel y gellir amlddyblu'r signal microdon amledd is, neu ei drosi'n signalau RF, THz amledd uchel.
O'i gymharu â chloi amledd chwistrellu, dim ond dyblu amledd y gellir ei gael, mae dolenni clo-cyfnod yn fwy hyblyg, gallant gynhyrchu amleddau bron yn fympwyol, ac wrth gwrs yn fwy cymhleth. Er enghraifft, defnyddir y crib amledd optegol a gynhyrchir gan y modiwleiddiwr ffotodrydanol yn Ffigur 2 fel y ffynhonnell golau, a defnyddir y ddolen glo-cyfnod optegol i gloi amledd y ddau laser yn ddetholus i'r ddau signal crib optegol, ac yna cynhyrchu signalau amledd uchel trwy'r amledd gwahaniaeth, fel y dangosir yn Ffigur 4. f1 ac f2 yw amleddau signal cyfeirio'r ddau PLLS yn y drefn honno, a gellir cynhyrchu signal microdon o N*frep+f1+f2 gan 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 mewn modd i drosi signal pwls optegol yn signal microdon drwyddoffotosynhwyrydd.
Prif fantais y dull hwn yw y gellir cael signal â sefydlogrwydd amledd da iawn a sŵn cyfnod isel iawn. Drwy gloi amledd y laser i sbectrwm trawsnewid atomig a moleciwlaidd sefydlog iawn, neu geudod optegol hynod sefydlog, a defnyddio system dileu amledd hunan-ddyblu newid amledd a thechnolegau eraill, gallwn gael signal pwls optegol sefydlog iawn gydag amledd ailadrodd sefydlog iawn, er mwyn cael signal microdon â sŵn cyfnod isel iawn. Ffigur 5.
Ffigur 5. Cymhariaeth o sŵn cyfnod cymharol gwahanol ffynonellau signal.
Fodd bynnag, oherwydd bod cyfradd ailadrodd y pwls yn gymesur yn wrthdro â hyd ceudod y laser, ac mae'r laser traddodiadol sydd wedi'i gloi mewn modd yn fawr, mae'n anodd cael signalau microdon amledd uchel yn uniongyrchol. Yn ogystal, mae maint, pwysau a defnydd ynni laserau pwls 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 dechrau'n ddiweddar yn yr Unol Daleithiau a'r Almaen gan ddefnyddio effeithiau anlinellol i gynhyrchu cribau optegol sefydlog o ran amledd mewn ceudodau optegol modd chirp bach iawn o ansawdd uchel, sydd yn eu tro yn cynhyrchu signalau microdon sŵn isel amledd uchel.
4. osgiliadur opto-electronig, Ffigur 6.
Ffigur 6. Diagram sgematig o osgiliadur cypledig ffotodrydanol.
Un o'r dulliau traddodiadol o gynhyrchu microdonnau neu laserau yw defnyddio dolen gaeedig hunan-adborth, cyn belled â bod yr enillion yn y ddolen gaeedig yn fwy na'r golled, gall yr osgiliad hunan-gyffroi gynhyrchu microdonnau neu laserau. Po uchaf yw ffactor ansawdd Q y ddolen gaeedig, y lleiaf yw sŵn cyfnod neu amledd y signal a gynhyrchir. Er mwyn cynyddu ffactor ansawdd y ddolen, y ffordd uniongyrchol yw cynyddu hyd y ddolen a lleihau'r golled ymlediad. Fodd bynnag, gall dolen hirach fel arfer gefnogi cynhyrchu sawl dull o osgiliad, ac os ychwanegir hidlydd lled band cul, gellir cael signal osgiliad microdon sŵn isel amledd sengl. Mae osgiliadur cyplu ffotodrydanol yn ffynhonnell signal microdon yn seiliedig ar y syniad hwn, mae'n gwneud defnydd llawn o nodweddion colled ymlediad isel y ffibr, gan ddefnyddio ffibr hirach i wella gwerth Q y ddolen, gall gynhyrchu signal microdon gyda sŵn cyfnod isel iawn. Ers i'r dull gael ei gynnig yn y 1990au, mae'r math hwn o osgiliadur wedi derbyn ymchwil helaeth a datblygiad sylweddol, ac ar hyn o bryd mae osgiliaduron cyplu ffotodrydanol masnachol. Yn fwy diweddar, mae osgiliaduron ffotodrydanol y gellir addasu eu hamleddau dros ystod eang wedi'u datblygu. Y brif broblem gyda ffynonellau signal microdon yn seiliedig ar y bensaernïaeth hon yw bod y ddolen yn hir, a bydd y sŵn yn ei llif 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'r gyfaint yn anodd ei leihau, ac mae'r ffibr hirach yn fwy sensitif i aflonyddwch amgylcheddol.
Mae'r uchod yn cyflwyno'n fyr sawl dull o gynhyrchu signalau microdon drwy ffotoelectronau, yn ogystal â'u manteision a'u hanfanteision. Yn olaf, mae gan ddefnyddio ffotoelectronau i gynhyrchu microdon fantais arall sef y gellir dosbarthu'r signal optegol trwy'r ffibr optegol gyda cholled isel iawn, trosglwyddo pellter hir i bob terfynell ddefnydd ac yna ei drawsnewid yn signalau microdon, ac mae'r gallu i wrthsefyll ymyrraeth electromagnetig wedi'i wella'n sylweddol na chydrannau electronig traddodiadol.
Mae ysgrifennu'r erthygl hon yn bennaf at ddibenion cyfeirio, ac ynghyd â phrofiad ymchwil a phrofiad yr awdur ei hun yn y maes hwn, mae anghywirdebau ac anghysondeb, deallwch os gwelwch yn dda.
Amser postio: Ion-03-2024