Optoelectrònica de microones, com el seu nom indica, és la intersecció del microones iOptoelectrònica. Les microones i les ones de llum són ones electromagnètiques i les freqüències són molts ordres de magnitud diferents, i els components i tecnologies desenvolupades en els seus respectius camps són molt diferents. En combinació, podem aprofitar -nos els uns dels altres, però podem obtenir noves aplicacions i característiques difícils de realitzar respectivament.
Comunicació òpticaés un exemple primordial de la combinació de microones i fotoelectrons. Comunicacions sense fils de telefonia i telègraf, la generació, la propagació i la recepció de senyals, tots els dispositius de microones utilitzats. Les ones electromagnètiques de baixa freqüència s’utilitzen inicialment perquè l’interval de freqüències és petit i la capacitat de canal de transmissió és petita. La solució és augmentar la freqüència del senyal transmès, més gran és la freqüència, més recursos d’espectre. Però el senyal d’alta freqüència en la pèrdua de propagació de l’aire és gran, però també és fàcil de ser bloquejat per obstacles. Si s’utilitza el cable, la pèrdua del cable és gran i la transmissió de llarga distància és un problema. L’aparició de la comunicació de fibra òptica és una bona solució a aquests problemes.Fibra òpticaTé una pèrdua de transmissió molt baixa i és un excel·lent portador per transmetre senyals a llargues distàncies. El rang de freqüències d’ones de llum és molt més gran que el dels microones i pot transmetre molts canals diferents simultàniament. A causa d'aquests avantatges deTransmissió òptica, la comunicació de fibra òptica s'ha convertit en la columna vertebral de la transmissió d'informació actual.
La comunicació òptica té una llarga història, la investigació i l’aplicació són molt extenses i madures, aquí no vol dir -ne més. Aquest treball introdueix principalment el nou contingut de recerca de l’optoelectrònica de microones en els darrers anys que no sigui la comunicació òptica. L’optoelectrònica de microones utilitza principalment els mètodes i les tecnologies en el camp de l’optoelectrònica com a transportista per millorar i aconseguir el rendiment i l’aplicació difícils d’aconseguir amb components electrònics de microones tradicionals. Des de la perspectiva de l’aplicació, inclou principalment els tres aspectes següents.
El primer és l’ús d’optoelectrònica per generar senyals de microones d’alt rendiment i de baix rendiment, des de la banda X fins a la banda THZ.
En segon lloc, processament de senyal de microones. Incloent retard, filtratge, conversió de freqüència, recepció, etc.
En tercer lloc, la transmissió de senyals analògics.
En aquest article, l’autor només introdueix la primera part, la generació de senyal de microones. L’ona tradicional del mil·límetre de microones es genera principalment per components microelectrònics III_V. Les seves limitacions tenen els punts següents: Primer, a altes freqüències com 100 GHz per sobre, la microelectrònica tradicional pot produir cada cop menys potència, fins al senyal de THz de més freqüència, no poden fer res. En segon lloc, per tal de reduir el soroll de fase i millorar l'estabilitat de freqüència, el dispositiu original s'ha de col·locar en un entorn de temperatura extremadament baixa. En tercer lloc, és difícil aconseguir una àmplia gamma de conversió de freqüència de modulació de freqüència. Per solucionar aquests problemes, la tecnologia optoelectrònica pot tenir un paper. Els mètodes principals es descriuen a continuació.
1. A través de la freqüència de diferència de dos senyals làser de freqüència diferents, s’utilitza un fotodetector d’alta freqüència per convertir els senyals de microones, tal com es mostra a la figura 1.
Figura 1. Diagrama esquemàtic de microones generades per la freqüència de diferència de doslàsers.
Els avantatges d’aquest mètode són una estructura simple, poden generar una ona mil·límetre de freqüència extremadament alta i fins i tot un senyal de freqüència de THz, i ajustant la freqüència del làser pot dur a terme una àmplia gamma de conversió de freqüència ràpida, freqüència d’escombratge. L’inconvenient és que l’amplada de línia o el soroll de fase del senyal de freqüència de diferència generat per dos senyals làser no relacionats és relativament gran i s’utilitza l’estabilitat de freqüència, sobretot si s’utilitza un làser semiconductor amb un volum reduït però una amplada de línia gran (~ MHz). Si els requisits de volum de pes del sistema no són elevats, podeu utilitzar làsers d’estat sòlid de baix soroll (~ kHz),làsers de fibra, cavitat externalàsers semiconductors, etc. A més, també es poden utilitzar dos modes diferents de senyals làser generats a la mateixa cavitat làser per generar una freqüència de diferència, de manera que es millora molt el rendiment d’estabilitat de freqüència de microones.
2. Per solucionar el problema que els dos làsers del mètode anterior són incoherents i el soroll de la fase del senyal generat és massa gran, la coherència entre els dos làsers es pot obtenir mitjançant el mètode de bloqueig de la fase de bloqueig de la fase de freqüència d'injecció o el circuit de bloqueig de la fase de retroalimentació negativa. La figura 2 mostra una aplicació típica del bloqueig per injecció per generar múltiples microones (figura 2). En injectar directament senyals de corrent d’alta freqüència en un làser semiconductor o mitjançant un modulador de fase Linbo3, es poden generar múltiples senyals òptics de diferents freqüències amb espaiat de freqüència igual o combinació de freqüència òptica. Per descomptat, el mètode d'ús comú per obtenir un pentinat de freqüència òptica d'ampli espectre és utilitzar un làser bloquejat en mode. Qualsevol dos senyals de combinació de la combinació òptica generada es seleccionen filtrant i injectats al làser 1 i 2 respectivament per realitzar la freqüència i el bloqueig de fase respectivament. Com que la fase entre els diferents senyals de pinta de la combinació de freqüència òptica és relativament estable, de manera que la fase relativa entre els dos làsers és estable i, a continuació, pel mètode de freqüència de diferència tal com es descriu abans, es pot obtenir el senyal de microwave de freqüència multifuncional de la freqüència de freqüència òptica de la freqüència de freqüència de freqüència.
Figura 2. Diagrama esquemàtic del senyal de doblatge de freqüència de microones generat pel bloqueig de freqüència d'injecció.
Una altra manera de reduir el soroll de fase relativa dels dos làsers és utilitzar un PLL òptic de retroalimentació negativa, tal com es mostra a la figura 3.
Figura 3. Diagrama esquemàtic d’OPL.
El principi de PLL òptic és similar al de PLL en el camp de l'electrònica. La diferència de fase dels dos làsers es converteix en un senyal elèctric per un fotodetector (equivalent a un detector de fase), i després la diferència de fase entre els dos làsers s’obté fent una freqüència de diferència amb una font de senyal de microones de referència, que s’amplifica i es filtra i després s’alimenta a la unitat de control de freqüència d’un dels lasers (per a làseres semiconductors). Mitjançant un bucle de control de retroalimentació negatiu, la fase de freqüència relativa entre els dos senyals làser es bloqueja al senyal de microones de referència. El senyal òptic combinat es pot transmetre a través de fibres òptiques a un fotodetector en un altre lloc i convertir -lo en un senyal de microones. El soroll de fase resultant del senyal de microones és gairebé el mateix que el del senyal de referència dins de l'amplada de banda del bucle de retroalimentació negativa bloquejada per fase. El soroll de fase fora de l'amplada de banda és igual al soroll de fase relativa dels dos làsers originals no relacionats.
A més, la font de senyal de microones de referència també es pot convertir per altres fonts de senyal mitjançant la duplicació de freqüència, la freqüència de divisor o un altre processament de freqüència, de manera que el senyal de microones de freqüència inferior es pot multidoubled o es converteix en senyals THZ de RF d’alta freqüència.
En comparació amb el bloqueig de freqüència d'injecció només pot obtenir el doblatge de freqüència, els bucles bloquejats en fase són més flexibles, poden produir freqüències gairebé arbitràries i, per descomptat, més complexes. Per exemple, la combinació de freqüència òptica generada pel modulador fotoelèctric de la figura 2 s’utilitza com a font de llum, i el bucle de bloqueig de fase òptica s’utilitza per bloquejar selectivament la freqüència dels dos làsers als dos senyals de combinació òptica, i després generar senyals de freqüència a través de la freqüència de freqüència, tal com es mostra a la figura 4. F1 i F2 són les freqüències de referència dels dos PLL respectivament i un microt i un senyal de microt i un microt i un senyal de microt i una diferència N*Frep+F1+F2 es pot generar per la freqüència de diferència entre els dos làsers.
Figura. Figura. Diagrama esquemàtic de generació de freqüències arbitràries mitjançant pintes òptiques de freqüència i PLL.
3. Utilitzeu el làser de pols bloquejat en mode per convertir el senyal de pols òptic en senyal de microonesfotodetector.
L’avantatge principal d’aquest mètode és que es pot obtenir un senyal amb una estabilitat de freqüència molt bona i un soroll de fase molt baixa. Bloquejant la freqüència del làser a un espectre de transició atòmica i molecular molt estable, o una cavitat òptica extremadament estable, i l’ús de desplaçament del sistema d’eliminació de freqüència de freqüència autodobitat i altres tecnologies, podem obtenir un senyal de pols òptic molt estable amb una freqüència de repetició molt estable, com per obtenir un senyal de microones amb ultra-low. Figura 5.
Figura 5. Comparació del soroll de fase relativa de diferents fonts de senyal.
No obstant això, com que la velocitat de repetició de pols és inversament proporcional a la longitud de la cavitat del làser, i el làser tradicional bloquejat en mode és gran, és difícil obtenir senyals de microones d'alta freqüència directament. A més, la mida, el pes i el consum d’energia dels làsers polsats tradicionals, així com els durs requisits mediambientals, limiten principalment les seves aplicacions de laboratori. Per superar aquestes dificultats, la investigació ha començat recentment als Estats Units i a Alemanya mitjançant efectes no lineals per generar pintes òptiques estables en freqüència en cavitats òptiques de Mode Chirp de gran qualitat, que al seu torn generen senyals de microones de baixa freqüència d’alta freqüència.
4. Opto Electronic Oscil·lador, Figura 6.
Figura 6. Diagrama esquemàtic de l’oscil·lador acoblat fotoelèctric.
Un dels mètodes tradicionals per generar microones o làsers és utilitzar un bucle tancat autònom, sempre que el guany en el bucle tancat sigui superior a la pèrdua, l’oscil·lació autoexcitada pot produir microones o làsers. Com més gran sigui el factor Q de qualitat Q del bucle tancat, més petita és la fase de senyal generada o el soroll de freqüència. Per augmentar el factor de qualitat del bucle, la manera directa és augmentar la longitud del bucle i minimitzar la pèrdua de propagació. Tanmateix, un bucle més llarg pot suportar la generació de múltiples modes d’oscil·lació i si s’afegeix un filtre d’amplada de banda estreta, es pot obtenir un senyal d’oscil·lació de microones de baixa freqüència de baixa freqüència. L’oscil·lador d’acoblament fotoelèctric és una font de senyal de microones basada en aquesta idea, fa un ús complet de les característiques de pèrdua de propagació de la fibra, utilitzant una fibra més llarga per millorar el valor Q de bucle, pot produir un senyal de microones amb soroll de fase molt baixa. Des que es va proposar el mètode a la dècada de 1990, aquest tipus d’oscil·lador ha rebut una investigació àmplia i un desenvolupament considerable, i actualment hi ha oscil·ladors d’acoblats fotoelèctrics comercials. Més recentment, s’han desenvolupat oscil·ladors fotoelèctrics les freqüències de les quals es poden ajustar en un ampli ventall. El principal problema de les fonts de senyal de microones basades en aquesta arquitectura és que el bucle és llarg i el soroll del seu flux lliure (FSR) i la seva doble freqüència augmentarà significativament. A més, els components fotoelèctrics utilitzats són més, el cost és elevat, el volum és difícil de reduir i la fibra més llarga és més sensible a la pertorbació ambiental.
L'anterior introdueix breument diversos mètodes de generació de fotoelectrons de senyals de microones, així com els seus avantatges i desavantatges. Finalment, l’ús de fotoelectrons per produir microones té un altre avantatge és que el senyal òptic es pot distribuir a través de la fibra òptica amb una pèrdua molt baixa, la transmissió de llarga distància a cada terminal d’ús i després es converteix en senyals de microones i la capacitat de resistir la interferència electromagnètica es millora significativament que les components electrònics tradicionals.
La redacció d’aquest article és principalment com a referència i combinada amb la pròpia experiència de recerca i experiència de l’autor en aquest camp, hi ha inexactituds i incomprensivitat, si us plau, enteneu -ho.
Post Horari: 03 de gener de 2014