Optoelectroneg microdon, fel yr awgryma'r enw, yw croestoriad microdon aoptoelectroneg. Mae microdonnau a thonnau ysgafn yn donnau electromagnetig, ac mae'r amleddau yn llawer o orchmynion maint yn wahanol, ac mae'r cydrannau a'r technolegau a ddatblygir 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 ffotoelectronau. Cyfathrebiadau diwifr ffôn a thelegraff cynnar, cynhyrchu, lluosogi a derbyn signalau, i gyd yn defnyddio dyfeisiau microdon. Defnyddir tonnau electromagnetig amledd isel i ddechrau oherwydd bod yr ystod amledd yn fach ac mae gallu'r sianel ar gyfer trosglwyddo yn fach. Yr ateb yw cynyddu amlder y signal a drosglwyddir, po uchaf yw'r amlder, y mwyaf o adnoddau sbectrwm. Ond mae'r signal amledd uchel yn y golled lluosogi aer yn fawr, ond hefyd yn hawdd i gael ei rwystro gan rwystrau. Os defnyddir y cebl, mae colled 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 gludwr rhagorol ar gyfer trosglwyddo signalau dros bellteroedd hir. Mae ystod amledd tonnau golau yn llawer mwy na 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 bennaf yn cyflwyno cynnwys ymchwil newydd optoelectroneg microdon yn ystod y blynyddoedd diwethaf heblaw cyfathrebu 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 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 amlder, derbyn ac ati.
Yn drydydd, trosglwyddo signalau analog.
Yn yr erthygl hon, dim ond y rhan gyntaf y mae'r awdur yn ei chyflwyno, sef cenhedlaeth 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 megis 100GHz uchod, gall microelectroneg traddodiadol gynhyrchu llai a llai o bŵer, i'r signal THz amledd uwch, ni allant wneud dim. Yn ail, er mwyn lleihau sŵn cam a gwella sefydlogrwydd amlder, mae angen gosod y ddyfais wreiddiol mewn amgylchedd tymheredd isel iawn. Yn drydydd, mae'n anodd cyflawni ystod eang o drawsnewid amlder modiwleiddio amlder. Er mwyn datrys y problemau hyn, gall technoleg optoelectroneg chwarae rhan. Disgrifir y prif ddulliau isod.
1. Trwy amlder 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 amlder gwahaniaeth daulaserau.
Mae manteision y dull hwn yn strwythur syml, yn gallu cynhyrchu ton milimedr amledd uchel iawn a hyd yn oed signal amledd THz, a thrwy addasu amlder y laser gall gyflawni ystod eang o drawsnewid amledd cyflym, amlder ysgubo. Yr anfantais yw bod sŵn llinellolth neu gyfnod y signal amlder gwahaniaeth a gynhyrchir gan ddau signal laser digyswllt yn gymharol fawr, ac nid yw'r sefydlogrwydd amlder yn uchel, yn enwedig os yw laser lled-ddargludyddion â chyfaint bach ond llinell fawr (~ MHz) yn defnyddio. Os nad yw gofynion cyfaint pwysau'r system yn uchel, gallwch ddefnyddio laserau cyflwr solet 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 hefyd i gynhyrchu amlder gwahaniaeth, fel bod perfformiad sefydlogrwydd amlder microdon yn cael ei wella'n fawr.
2. Er mwyn datrys y broblem bod y ddau laser yn y dull blaenorol yn anghydlynol ac mae'r sŵn cyfnod signal a gynhyrchir yn rhy fawr, gellir cael y cydlyniad rhwng y ddau laser trwy ddull cloi cyfnod cloi amledd pigiad neu'r cyfnod adborth negyddol cylched cloi. 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 mewn i laser lled-ddargludyddion, neu drwy ddefnyddio modulator cyfnod LinBO3, gellir cynhyrchu signalau optegol lluosog o wahanol amleddau 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. Mae unrhyw ddau signal crib yn y crib amledd optegol a gynhyrchir yn cael eu dewis trwy hidlo a'u chwistrellu i laser 1 a 2 yn y drefn honno i wireddu amlder a chloi cam yn y drefn honno. Oherwydd bod y cyfnod rhwng gwahanol signalau crib y crib amledd optegol yn gymharol sefydlog, fel bod y cyfnod cymharol rhwng y ddau laser yn sefydlog, ac yna yn ôl y dull o wahaniaeth amlder fel y disgrifiwyd o'r blaen, mae signal microdon amlder aml-blygu y gellir cael cyfradd ailadrodd crib amledd optegol.
Ffigur 2. Diagram sgematig o signal dyblu amlder 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 ddau laser yn cael ei drawsnewid yn signal trydanol gan ffotodetector (sy'n cyfateb i synhwyrydd cam), ac yna mae'r gwahaniaeth cam rhwng y ddau laser yn cael ei sicrhau trwy wneud gwahaniaeth amlder gyda ffynhonnell signal microdon cyfeirio, sy'n cael ei chwyddo a hidlo ac yna bwydo yn ôl i uned rheoli amledd un o'r laserau (ar gyfer laserau lled-ddargludyddion, dyma'r cerrynt pigiad). Trwy ddolen rheoli adborth mor negyddol, mae'r cyfnod amlder 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 ffotosynhwyrydd mewn man arall a'i drawsnewid yn signal microdon. Mae sŵn cam canlyniadol y signal microdon bron yr un fath â sŵn y signal cyfeirio o fewn lled band y ddolen adborth negyddol sydd wedi'i chloi fesul cam. Mae'r sŵn cam y tu allan i'r lled band yn hafal i sŵn cyfnod cymharol y ddau laser gwreiddiol nad ydynt yn gysylltiedig.
Yn ogystal, gall y ffynhonnell signal microdon cyfeirio hefyd gael ei drawsnewid gan ffynonellau signal eraill trwy ddyblu amledd, amlder rhanydd, neu brosesu amlder arall, fel y gellir aml-ddyblu'r signal microdon amledd is, neu ei drawsnewid i signalau RF, THz amledd uchel.
O'i gymharu â chloi amledd pigiad, dim ond dyblu amlder y gall cloi amledd ei gael, mae dolenni cam-gloi yn fwy hyblyg, yn gallu cynhyrchu amleddau bron yn fympwyol, ac wrth gwrs yn fwy cymhleth. Er enghraifft, defnyddir y crib amledd optegol a gynhyrchir gan y modulator ffotodrydanol yn Ffigur 2 fel y ffynhonnell golau, a defnyddir y ddolen optegol wedi'i chloi fesul cam i gloi amlder 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 a f2 yw amlder signal cyfeirio'r ddau PLLS yn y drefn honno, a gellir cynhyrchu signal microdon o N*frep+f1+f2 gan y gwahaniaeth amledd rhwng y dau laser.
Ffigur 4. Diagram sgematig o gynhyrchu amleddau mympwyol gan ddefnyddio cribau amledd optegol a PLLS.
3. Defnyddiwch laser pwls wedi'i gloi modd i drosi signal pwls optegol yn signal microdon drwoddffotosynhwyrydd.
Prif fantais y dull hwn yw y gellir cael signal â sefydlogrwydd amledd da iawn a sŵn cyfnod isel iawn. Trwy gloi amledd y laser i sbectrwm trawsnewid atomig a moleciwlaidd sefydlog iawn, neu geudod optegol hynod sefydlog, a defnyddio system dileu amlder hunan-ddyblu sifft amledd a thechnolegau eraill, gallwn gael signal pwls optegol sefydlog iawn gyda amlder ailadrodd sefydlog iawn, er mwyn cael signal microdon gyda sŵn cyfnod isel iawn. Ffigur 5.
Ffigur 5. Cymhariaeth sŵn cyfnod cymharol gwahanol ffynonellau signal.
Fodd bynnag, oherwydd bod y gyfradd ailadrodd curiad y galon mewn cyfrannedd gwrthdro â hyd ceudod y laser, a'r laser modd traddodiadol cloi 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 aflinol i gynhyrchu crwybrau optegol sefydlog amledd mewn ceudodau optegol modd chirp bach iawn o ansawdd uchel, sydd yn eu tro yn cynhyrchu signalau microdon swn isel amledd uchel.
4. opto oscillator electronig, Ffigur 6.
Ffigur 6. Diagram sgematig o osgiliadur cypledig ffotodrydanol.
Un o'r dulliau traddodiadol o gynhyrchu microdonau neu laserau yw defnyddio dolen gaeedig hunan-adborth, cyn belled â bod y cynnydd yn y ddolen gaeedig yn fwy na'r golled, gall yr osciliad hunan-gyffrous gynhyrchu microdonau neu laserau. Po uchaf yw ffactor ansawdd Q y ddolen gaeedig, y lleiaf yw'r cyfnod signal a gynhyrchir neu sŵn amlder. Er mwyn cynyddu ffactor ansawdd y ddolen, y ffordd uniongyrchol yw cynyddu hyd y ddolen a lleihau'r golled lluosogi. Fodd bynnag, gall dolen hirach fel arfer gefnogi cynhyrchu sawl dull o osgiliad, ac os ychwanegir hidlydd lled band cul, gellir cael signal osciliad microdon swn isel un-amledd. Mae oscillator cypledig ffotodrydanol yn ffynhonnell signal microdon yn seiliedig ar y syniad hwn, mae'n gwneud defnydd llawn o nodweddion colled lluosogi isel y ffibr, gan ddefnyddio ffibr hirach i wella gwerth dolen Q, yn gallu cynhyrchu signal microdon gyda sŵn cyfnod 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 osgiliaduron cysylltiedig ffotodrydanol masnachol. Yn fwy diweddar, datblygwyd osgiliaduron ffotodrydanol y gellir addasu eu hamleddau 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 amlder 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 nifer o ddulliau cynhyrchu ffotoelectron o signalau microdon, yn ogystal â'u manteision a'u hanfanteision. Yn olaf, mae gan y defnydd o ffotoelectronau 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 defnydd ac yna ei drawsnewid yn signalau microdon, a'r gallu i wrthsefyll electromagnetig mae ymyrraeth wedi gwella'n sylweddol na chydrannau electronig traddodiadol.
Mae ysgrifennu'r erthygl hon ar gyfer cyfeirio yn bennaf, ac wedi'i gyfuno â phrofiad ymchwil a phrofiad yr awdur ei hun yn y maes hwn, mae gwallau ac annealladwyaeth, deallwch.
Amser post: Ionawr-03-2024