Mikrobølgeovn Optoelectronics, som navnet antyder, er skjæringspunktet mellom mikrobølgeovn ogOptoelektronikk. Mikrobølger og lysbølger er elektromagnetiske bølger, og frekvensene er mange størrelsesordrer forskjellige, og komponentene og teknologiene som er utviklet på sine respektive felt er veldig forskjellige. I kombinasjon kan vi dra nytte av hverandre, men vi kan få nye applikasjoner og egenskaper som er vanskelige å realisere henholdsvis.
Optisk kommunikasjoner et godt eksempel på kombinasjonen av mikrobølger og fotoelektroner. Tidlig telefon- og Telegraph trådløs kommunikasjon, generering, forplantning og mottak av signaler, alle brukte mikrobølgeenheter. Elektromagnetiske bølger med lav frekvens brukes innledningsvis fordi frekvensområdet er lite og kanalkapasiteten for overføring er liten. Løsningen er å øke frekvensen av det overførte signalet, jo høyere frekvens, jo mer spektrumressurser. Men høyfrekvenssignalet i tapet av luftforplantning er stort, men også lett å bli blokkert av hindringer. Hvis kabelen brukes, er tapet av kabelen stort, og overføring på lang avstand er et problem. Fremveksten av optisk fiberkommunikasjon er en god løsning på disse problemene.Optisk fiberhar veldig lavt overføringstap og er en utmerket transportør for overføring av signaler over lange avstander. Frekvensområdet for lysbølger er mye større enn mikrobølger og kan overføre mange forskjellige kanaler samtidig. På grunn av disse fordelene medoptisk overføring, Optisk fiberkommunikasjon har blitt ryggraden i dagens informasjonsoverføring.
Optisk kommunikasjon har en lang historie, forskning og anvendelse er veldig omfattende og moden, her er ikke å si mer. Denne artikkelen introduserer hovedsakelig det nye forskningsinnholdet i mikrobølgeovnoptoelektronikk de siste årene annet enn optisk kommunikasjon. Mikrobølgeovnoptoelektronikk bruker hovedsakelig metodene og teknologiene innen optoelektronikk som bærer for å forbedre og oppnå ytelsen og applikasjonen som er vanskelig å oppnå med tradisjonelle mikrobølgeelektroniske komponenter. Fra anvendelsesperspektiv inkluderer det hovedsakelig følgende tre aspekter.
Den første er bruken av optoelektronikk for å generere mikrobølgeovnsignaler med høy ytelse, fra X-båndet helt til THz-båndet.
For det andre, mikrobølgeovnsignalbehandling. Inkludert forsinkelse, filtrering, frekvenskonvertering, mottak og så videre.
For det tredje overføring av analoge signaler.
I denne artikkelen introduserer forfatteren bare den første delen, generasjonen av mikrobølgesignal. Tradisjonell mikrobølgeovn millimeterbølge genereres hovedsakelig av III_V mikroelektroniske komponenter. Begrensningene har følgende punkter: For det første, til høye frekvenser som 100 GHz over, kan tradisjonell mikroelektronikk produsere mindre og mindre effekt, til det høyere frekvens -THz -signalet, de kan ikke gjøre noe. For det andre, for å redusere fasestøy og forbedre frekvensstabiliteten, må den opprinnelige enheten plasseres i et ekstremt lavt temperaturmiljø. For det tredje er det vanskelig å oppnå et bredt spekter av frekvensmodulasjonsfrekvenskonvertering. For å løse disse problemene kan optoelektronisk teknologi spille en rolle. Hovedmetodene er beskrevet nedenfor.
1. Gjennom forskjellsfrekvensen til to forskjellige frekvenslasersignaler brukes en høyfrekvent fotodetektor til å konvertere mikrobølgeovnsignaler, som vist i figur 1.
Figur 1. Skjematisk diagram over mikrobølger generert av forskjellsfrekvensen til tolasere.
Fordelene med denne metoden er enkel struktur, kan generere ekstremt høyfrekvente millimeterbølge og til og med THz -frekvenssignal, og ved å justere frekvensen til laseren kan utføre et stort utvalg av hurtigfrekvenskonvertering, feiefrekvens. Ulempen er at linjebredden eller fasestøyen til forskjellsfrekvenssignalet generert av to ikke -relaterte lasersignaler er relativt stor, og frekvensstabiliteten ikke er høy, spesielt hvis en halvlederlaser med et lite volum, men en stor linjebredde (~ MHz) brukes. Hvis kravene til vektvolum ikke er høye, kan du bruke lav støy (~ kHz) solid-state-lasere,Fiberlasere, ytre hulromhalvlederlasereosv. I tillegg kan to forskjellige modus av lasersignaler generert i samme laserhulrom også brukes til å generere en forskjellsfrekvens, slik at mikrobølgefrekvensstabilitetsytelsen forbedres kraftig.
2. For å løse problemet at de to laserne i den forrige metoden er usammenhengende og signalfasestøyen som genereres er for stor, kan koherensen mellom de to laserne oppnås ved innsprøytningsfrekvenslåsefaselåsemetoden eller den negative tilbakemeldingsfasen låsekretsen. Figur 2 viser en typisk anvendelse av injeksjonslåsing for å generere mikrobølgeovnmultipler (figur 2). Ved å injisere høyfrekvente strømsignaler i en halvlederlaser, eller ved å bruke en LINBO3-fase-modulator, kan flere optiske signaler av forskjellige frekvenser med like frekvensavstand genereres, eller optiske frekvenskam. Selvfølgelig er den ofte brukte metoden for å oppnå en bred spektrum optisk frekvenskam å bruke en moduslåst laser. Eventuelle to kamsignaler i den genererte optiske frekvenskammen er valgt ved å filtrere og injiseres i henholdsvis laser 1 og 2 for å realisere henholdsvis frekvens og faselåsing. Fordi fasen mellom de forskjellige kamsignalene til den optiske frekvenskammen er relativt stabil, slik at den relative fasen mellom de to laserne er stabil, og deretter ved metoden for forskjellsfrekvens som beskrevet før, kan det flerfoldige frekvensmikrobølgesignalet til den optiske frekvenskam-repetisjonshastigheten oppnås.
Figur 2. Skjematisk diagram over mikrobølgefrekvens doblingssignal generert ved injeksjonsfrekvenslåsing.
En annen måte å redusere den relative fasestøyen til de to laserne er å bruke en negativ tilbakemelding optisk PLL, som vist i figur 3.
Figur 3. Skjematisk diagram over OPL.
Prinsippet om optisk PLL ligner på PLL innen elektronikk. Faseforskjellen til de to laserne konverteres til et elektrisk signal av en fotodetektor (tilsvarer en fasedetektor), og deretter oppnås faseforskjellen mellom de to laserne ved å lage en forskjellsfrekvens med en referansemikrobølgesignalkilde, som blir amplifisert og filtrert og ført tilbake til frekvenskontrollen av en av laserne (for halvtuctor las lasere som er de som er en av laserne. Gjennom en slik negativ tilbakemeldingskontrollsløyfe er den relative frekvensfasen mellom de to lasersignalene låst til referansemikrobølgesignalet. Det kombinerte optiske signalet kan deretter overføres gjennom optiske fibre til en fotodetektor andre steder og konverteres til et mikrobølgeovnsignal. Den resulterende fasestøyen til mikrobølgeovnsignalet er nesten den samme som for referansesignalet i båndbredden til den faselåste negative tilbakemeldingssløyfen. Fasestøyen utenfor båndbredden er lik den relative fasestøyen til de originale to ikke -relaterte laserne.
I tillegg kan referansemikrobølgesignalkilden også konverteres av andre signalkilder gjennom frekvensdobling, divisorfrekvens eller annen frekvensbehandling, slik at mikrobølgesignalet med lavere frekvens kan muldobled eller konverteres til høyfrekvente RF, THZ-signaler.
Sammenlignet med injeksjonsfrekvenslåsing kan bare oppnå frekvens dobling, faselåste løkker er mer fleksible, kan gi nesten vilkårlige frekvenser, og selvfølgelig mer komplekse. For eksempel brukes den optiske frekvenskammen som genereres av den fotoelektriske modulatoren i figur 2 som lyskilde, og den optiske faselåsede sløyfen brukes til å selektivt låse frekvensen til de to laserne til de to optiske kamsignalene, og deretter generere signal-signal-signalene gjennom forskjellen frekvensen, som vist i figur 4. F1 og F2 er referansesignalet gjennom forskjellen av DiLency, som vist i figur 4. F1 og F2 er referansesignalet gjennom forskjellen frekvensen av N*FreP+F1+F2 kan genereres av forskjellsfrekvensen mellom de to laserne.
Figur 4. Skjematisk diagram over generering av vilkårlige frekvenser ved bruk av optiske frekvenskam og PLL -er.
3. Bruk moduslåst pulslaser for å konvertere optisk pulssignal til mikrobølgesignal gjennomfotodetektor.
Hovedfordelen med denne metoden er at et signal med veldig god frekvensstabilitet og veldig lavfasestøy kan oppnås. Ved å låse frekvensen av laseren til et veldig stabilt atom- og molekylært overgangsspektrum, eller et ekstremt stabilt optisk hulrom, og bruk av selvdoblingsfrekvens eliminasjonssystemfrekvensskift og andre teknologier, kan vi oppnå et veldig stabilt optisk pulssignal med en veldig stabil repetisjonsfrekvens, for å oppnå en mikrobakave signal med en veldig stabil repetisjonsfrekvens. Figur 5.
Figur 5. Sammenligning av relativ fasestøy fra forskjellige signalkilder.
Fordi pulsrepetisjonshastigheten er omvendt proporsjonal med hulromslengden på laseren, og den tradisjonelle moduslåste laseren er stor, er det vanskelig å oppnå høyfrekvente mikrobølgesignaler direkte. I tillegg begrenser størrelsen, vekt- og energiforbruket av tradisjonelle pulserende lasere, så vel som de harde miljøkravene, hovedsakelig laboratorieapplikasjoner. For å overvinne disse vanskene har forskning nylig begynt i USA og Tyskland ved bruk av ikke-lineære effekter for å generere frekvensstabile optiske kammer i veldig små, høykvalitets chirp-modus optiske hulrom, som igjen genererer høyfrekvente mikrobølgeovnsignaler med lav støy.
4. Opto elektronisk oscillator, figur 6.
Figur 6. Skjematisk diagram over fotoelektrisk koblet oscillator.
En av de tradisjonelle metodene for å generere mikrobølger eller lasere er å bruke en lukkede sløyfe med selvtilførsel, så lenge forsterkningen i den lukkede sløyfen er større enn tapet, kan den selvoppfylte svingningen produsere mikrobølger eller lasere. Jo høyere kvalitetsfaktor Q for den lukkede sløyfen, desto mindre er den genererte signalfasen eller frekvensstøyen. For å øke kvalitetsfaktoren til sløyfen, er den direkte måten å øke sløyfelengden og minimere forplantningstapet. Imidlertid kan en lengre sløyfe vanligvis støtte generering av flere former for svingning, og hvis et smal båndbreddefilter legges til, kan det oppnås et enkeltfrekvens med lav støy mikrobølgeovn-svingningssignal. Fotoelektrisk koblet oscillator er en mikrobølgeovn -signalkilde basert på denne ideen, den utnytter fiberens lave utbredelsestapskarakteristikker full Siden metoden ble foreslått på 1990 -tallet, har denne typen oscillator fått omfattende forskning og betydelig utvikling, og det er for tiden kommersielle fotoelektriske koblede oscillatorer. Nylig er fotoelektriske oscillatorer hvis frekvenser kan justeres over et bredt område blitt utviklet. Hovedproblemet med mikrobølgesignalkilder basert på denne arkitekturen er at sløyfen er lang, og støyen i sin frie strøm (FSR) og dens dobbel frekvens vil bli betydelig økt. I tillegg er de fotoelektriske komponentene som brukes mer, kostnadene er høye, volumet er vanskelig å redusere, og den lengre fiberen er mer følsom for miljøforstyrrelse.
Ovennevnte introduserer kort flere metoder for fotoelektrongenerering av mikrobølgesignaler, så vel som fordeler og ulemper. Endelig er bruken av fotoelektroner for å produsere mikrobølgeovn en annen fordel er at det optiske signalet kan distribueres gjennom den optiske fiberen med veldig lavt tap, langdistanseoverføring til hver bruksterminal og deretter konverteres til mikrobølgeovnsignaler, og evnen til å motstå elektromagnetisk interferens forbedres betydelig enn tradisjonelle elektroniske komponenter.
Skrivingen av denne artikkelen er hovedsakelig for referanse, og kombinert med forfatterens egen forskningserfaring og erfaring på dette feltet, er det unøyaktigheter og uforståelse, vær så snill å forstå.
Post Time: Jan-03-2024