Optoelectronics microwave, mar a tha an t-ainm ag ràdh, 's e crois-rathad a th' ann am microwave agusoptoelectronicsTha meanbh-thonnan agus tonnan solais nan tonnan electromagnetic, agus tha na triceadan mòran òrdughan meudachd eadar-dhealaichte, agus tha na co-phàirtean agus na teicneòlasan a chaidh a leasachadh anns na raointean fa leth aca gu math eadar-dhealaichte. Ann an co-bhonn, is urrainn dhuinn brath a ghabhail air a chèile, ach is urrainn dhuinn tagraidhean agus feartan ùra fhaighinn a tha duilich a thoirt gu buil fa leth.
Conaltradh optaigeach'S e eisimpleir air leth a th' ann de chothlamadh meanbh-tonnan agus foto-eileagtronan. Bha conaltradh gun uèir tràth air a' fòn agus an teileagraf, gineadh, sgaoileadh agus gabhail chomharran, uile a' cleachdadh innealan meanbh-tonn. Bithear a' cleachdadh tonnan electromagnetic ìosal-tricead an toiseach leis gu bheil an raon tricead beag agus comas an t-seanail airson tar-chuir beag. Is e am fuasgladh tricead an t-soidhne tar-chuir a mheudachadh, mar as àirde an tricead, is ann as motha de ghoireasan speactram. Ach tha call mòr air sgaoileadh an t-soidhne àrd-tricead san adhar, ach tha e furasta a bhacadh le cnapan-starra. Ma thèid càball a chleachdadh, tha call mòr air a' chàball, agus tha tar-chur fad-astar na dhuilgheadas. Tha nochdadh conaltraidh snàithleach optaigeach na fhuasgladh math air na duilgheadasan sin.snàth optaigeachtha call tar-chuir glè ìosal aige agus tha e na ghiùlan sàr-mhath airson comharran a thar-chur thairis air astaran fada. Tha raon tricead tonnan solais mòran nas motha na raon tricead meanbh-thonnan agus faodaidh e mòran shianalan eadar-dhealaichte a thar-chur aig an aon àm. Air sgàth nan buannachdan sin detar-chur optaigeach, tha conaltradh snàth optaigeach air a bhith na phrìomh bhunait airson sgaoileadh fiosrachaidh an latha an-diugh.
Tha eachdraidh fhada aig conaltradh optaigeach, tha an rannsachadh agus an cleachdadh gu math farsaing agus aibidh, agus chan eil mi a’ bruidhinn barrachd an seo. Tha am pàipear seo gu sònraichte a’ toirt a-steach susbaint rannsachaidh ùr ann an optoelectronics meanbh-thonn anns na bliadhnachan mu dheireadh a bharrachd air conaltradh optaigeach. Bidh optoelectronics meanbh-thonn gu sònraichte a’ cleachdadh nan dòighean agus nan teicneòlasan ann an raon optoelectronics mar an giùlan gus coileanadh agus cleachdadh a tha duilich a choileanadh le co-phàirtean dealanach meanbh-thonn traidiseanta a leasachadh agus a choileanadh. Bho shealladh an tagraidh, tha na trì taobhan a leanas gu sònraichte ann.
Is e a’ chiad fhear cleachdadh optoelectronics gus comharran microwave àrd-choileanaidh, ìosal-fhuaim a ghineadh, bhon chòmhlan-X fad na slighe chun chòmhlan THz.
San dàrna àite, giullachd chomharran meanbh-thonn. A’ gabhail a-steach dàil, sìoladh, tionndadh tricead, gabhail agus mar sin air adhart.
San treas àite, tar-chur chomharran analogach.
San artaigil seo, chan eil an t-ùghdar a’ toirt a-steach ach a’ chiad phàirt, gineadh comharra meanbh-thonn. Tha tonn millimeatair meanbh-thonn traidiseanta air a chruthachadh sa mhòr-chuid le co-phàirtean meanbh-eileagtronaigeach iii_V. Tha na puingean a leanas na chuingealachaidhean aige: An toiseach, gu triceadan àrda leithid 100GHz os a chionn, faodaidh meanbh-eileagtronaigeach traidiseanta nas lugha agus nas lugha de chumhachd a thoirt gu buil, gus an comharra THz aig tricead nas àirde, chan urrainn dhaibh dad a dhèanamh. San dàrna àite, gus fuaim ìre a lughdachadh agus seasmhachd tricead a leasachadh, feumar an inneal tùsail a chuir ann an àrainneachd teòthachd gu math ìosal. San treas àite, tha e duilich raon farsaing de thionndadh tricead modulachaidh tricead a choileanadh. Gus na duilgheadasan sin fhuasgladh, faodaidh teicneòlas optoelectronic pàirt a ghabhail. Tha na prìomh dhòighean air am mìneachadh gu h-ìosal.
1. Tro bhith a’ cleachdadh tricead eadar-dhealaichte dà chomharra laser aig diofar triceadan, thathar a’ cleachdadh lorgaire-foto àrd-tricead gus comharran meanbh-thonn a thionndadh, mar a chithear ann am Figear 1.
Figear 1. Diagram sgemataigeach de mhicro-tonnan air an gineadh le tricead eadar-dhealaichte dhàleusairean.
Is e buannachdan an dòigh seo structar sìmplidh, gun urrainn dha tonnan millimeatair tricead fìor àrd agus eadhon comharran tricead THz a ghineadh, agus le bhith ag atharrachadh tricead an laser faodaidh e raon farsaing de thionndadh tricead luath, tricead sguabaidh, a dhèanamh. Is e an ana-cothrom gu bheil leud-loidhne no fuaim ìre a’ chomharra tricead eadar-dhealachaidh a thèid a chruthachadh le dà chomharra laser neo-cheangailte an ìre mhath mòr, agus nach eil an seasmhachd tricead àrd, gu sònraichte ma thèid laser leth-chonnsachaidh le meud beag ach leud-loidhne mòr (~MHz) a chleachdadh. Mura h-eil riatanasan meud cuideam an t-siostaim àrd, faodaidh tu lasers staid-chruaidh fuaim ìosal (~kHz) a chleachdadh,leusairean snàithleach, cuas a-muighleusairean leth-chonnsachaidh, msaa. A bharrachd air an sin, faodar dà dhòigh eadar-dhealaichte de chomharran laser a thèid a chruthachadh san aon chuas laser a chleachdadh cuideachd gus tricead eadar-dhealaichte a chruthachadh, gus am bi coileanadh seasmhachd tricead microwave air a leasachadh gu mòr.
2. Gus an duilgheadas fhuasgladh gu bheil an dà leusair san dòigh roimhe seo neo-cho-leanailteach agus gu bheil fuaim ìre an t-soidhne a chaidh a chruthachadh ro mhòr, faodar an co-leanailteachd eadar an dà leusair fhaighinn leis an dòigh glasaidh ìre glasaidh tricead stealladh no an cuairt glasaidh ìre fios-air-ais àicheil. Tha Figear 2 a’ sealltainn cleachdadh àbhaisteach de ghlasadh stealladh gus iomadan meanbh-thonn a chruthachadh (Figear 2). Le bhith a’ stealladh comharran sruth àrd-tricead gu dìreach a-steach do leusair leth-chonnsachaidh, no le bhith a’ cleachdadh moduladair ìre LinBO3, faodar grunn chomharran optigeach de dhiofar triceadan le eadar-dhealachadh tricead co-ionann a chruthachadh, no cìrean tricead optigeach. Gu dearbh, is e an dòigh a thathas a’ cleachdadh gu cumanta airson cìr tricead optigeach speactram farsaing fhaighinn leusair glaiste-mòd a chleachdadh. Tha dà chomharra cìr sam bith anns a’ chìr tricead optigeach a chaidh a chruthachadh air an taghadh le bhith gan sìoladh agus air an stealladh a-steach do leusair 1 agus 2 fa leth gus glasadh tricead agus ìre a thoirt gu buil fa leth. Leis gu bheil an ìre eadar na diofar chomharran cìr den chìr tricead optigeach an ìre mhath seasmhach, agus mar sin tha an ìre coimeasach eadar an dà leusair seasmhach, agus an uairsin leis an dòigh tricead eadar-dhealaichte mar a chaidh a mhìneachadh roimhe, faodar an comharra meanbh-thonn tricead ioma-fhillte den ìre ath-aithris cìr tricead optigeach fhaighinn.
Figear 2. Diagram sgemataigeach de chomharra dùblachaidh tricead meanbh-thonn air a chruthachadh le glasadh tricead in-stealladh.
Is e dòigh eile air fuaim ìre coimeasach an dà laser a lùghdachadh PLL optaigeach le fios-air-ais àicheil a chleachdadh, mar a chithear ann am Figear 3.
Figear 3. Diagram sgemataigeach de OPL.
Tha prionnsabal PLL optaigeach coltach ri prionnsabal PLL ann an raon eileagtronaigeachd. Tha an diofar ìre eadar an dà leusair air a thionndadh gu comharra dealain le lorgaire-foto (co-ionann ri lorgaire ìre), agus an uairsin gheibhear an diofar ìre eadar an dà leusair le bhith a’ dèanamh tricead eadar-dhealaichte le stòr comharra meanbh-thonn iomraidh, a tha air a mheudachadh agus air a shìoladh agus an uairsin air a bhiadhadh air ais chun aonad smachd tricead aig aon de na leusairean (airson leusairean leth-chonnsachaidh, is e an sruth stealladh a th’ ann). Tro lùb smachd fios-air-ais àicheil mar sin, tha an ìre tricead coimeasach eadar an dà chomharra leusair air a ghlasadh ris a’ chomharra meanbh-thonn iomraidh. Faodar an comharra optaigeach còmhla an uairsin a thar-chuir tro shnàithleanan optaigeach gu lorgaire-foto an àiteigin eile agus air a thionndadh gu comharra meanbh-thonn. Tha fuaim ìre a thig às a’ chomharra meanbh-thonn cha mhòr an aon rud ri fuaim a’ chomharra iomraidh taobh a-staigh leud-bann an lùb fios-air-ais àicheil glaiste-ìre. Tha fuaim ìre taobh a-muigh a’ leud-bann co-ionann ri fuaim ìre coimeasach an dà leusair thùsail neo-cheangailte.
A bharrachd air an sin, faodar an stòr comharra meanbh-thonn iomraidh a thionndadh le stòran comharran eile tro dhùblachadh tricead, tricead roinneadair, no giullachd tricead eile, gus an gabh an comharra meanbh-thonn tricead nas ìsle a dhùblachadh gu ioma-fhillte, no a thionndadh gu comharran RF, THz àrd-tricead.
An coimeas ri glasadh tricead stealladh, chan urrainnear ach dùblachadh tricead fhaighinn, tha lùban glas-ìre nas sùbailte, faodaidh iad triceadan cha mhòr neo-riaghailteach a thoirt gu buil, agus gu dearbh nas iom-fhillte. Mar eisimpleir, thathas a’ cleachdadh a’ chìr tricead optigeach a chaidh a chruthachadh leis an moduladair foto-electric ann am Figear 2 mar an stòr solais, agus thathas a’ cleachdadh an lùb glas-ìre optigeach gus tricead an dà leusair a ghlasadh gu roghnach ris an dà chomharra chìr optigeach, agus an uairsin comharran àrd-tricead a chruthachadh tron tricead eadar-dhealaichte, mar a chithear ann am Figear 4. Is iad f1 agus f2 triceadan comharran iomraidh an dà PLLS fa leth, agus faodar comharra meanbh-thonn de N*frep+f1+f2 a chruthachadh leis an tricead eadar-dhealaichte eadar an dà leusair.
Figear 4. Diagram sgemataigeach de bhith a’ gineadh triceadan neo-riaghailteach le bhith a’ cleachdadh cìrean tricead optigeach agus PLLS.
3. Cleachd leusair cuisle glaiste-mhodh gus comharra cuisle optigeach a thionndadh gu comharra meanbh-thonn troimhelorgaire-foto.
Is e am prìomh bhuannachd a tha aig an dòigh seo gum faighear comharra le seasmhachd tricead glè mhath agus fuaim ìre glè ìosal. Le bhith a’ glasadh tricead an leusair gu speactram gluasaid atamach is moileciuil glè sheasmhach, no cuas optigeach glè sheasmhach, agus le bhith a’ cleachdadh siostam fèin-dhùblachaidh cuir às do tricead gluasad tricead agus teicneòlasan eile, is urrainn dhuinn comharra cuisle optigeach glè sheasmhach fhaighinn le tricead ath-aithris glè sheasmhach, gus comharra meanbh-thonn fhaighinn le fuaim ìre glè ìosal. Figear 5.
Figear 5. Coimeas eadar fuaim ìre coimeasach diofar thùsan comharran.
Ach, leis gu bheil an ìre ath-aithris cuisle co-rèireach gu neo-dhìreach ri fad cuas an leusair, agus gu bheil an leusair glaiste-mòd traidiseanta mòr, tha e duilich comharran meanbh-thonn àrd-tricead fhaighinn gu dìreach. A bharrachd air an sin, tha meud, cuideam agus caitheamh lùtha leusairean cuisle traidiseanta, a bharrachd air na riatanasan àrainneachdail cruaidh, a’ cuingealachadh an tagraidhean sa mhòr-chuid san obair-lann. Gus faighinn thairis air na duilgheadasan sin, tha rannsachadh air tòiseachadh o chionn ghoirid anns na Stàitean Aonaichte agus sa Ghearmailt a’ cleachdadh bhuaidhean neo-loidhneach gus cìrean optigeach seasmhach a thaobh tricead a ghineadh ann an cuasan optigeach modh chirp glè bheag, àrd-inbhe, a bhios an uair sin a’ gineadh comharran meanbh-thonn àrd-tricead le fuaim ìosal.
4. oscillator opto-eileagtronaigeach, Figear 6.
Figear 6. Diagram sgemataigeach de oscillator ceangailte foto-electric.
Is e aon de na dòighean traidiseanta airson meanbh-thonn no leusairean a chruthachadh lùb dùinte fèin-aiseag a chleachdadh, fhad ‘s a tha am buannachd anns an lùb dùinte nas motha na an call, faodaidh an crith fèin-bhrosnaichte meanbh-thonn no leusairean a thoirt gu buil. Mar as àirde am factar càileachd Q den lùb dùinte, is ann as lugha fuaim ìre no tricead an t-soidhne a thèid a chruthachadh. Gus factar càileachd an lùb a mheudachadh, is e an dòigh dhìreach fad an lùb a mheudachadh agus call iomadachaidh a lughdachadh. Ach, mar as trice faodaidh lùb nas fhaide taic a thoirt do ghineadh iomadh modh crith, agus ma thèid criathrag leud-bann cumhang a chur ris, gheibhear comharra crith meanbh-thonn fuaim ìosal aon-tricead. Tha oscillator ceangailte foto-electric na stòr comharran meanbh-thonn stèidhichte air a’ bheachd seo, bidh e a’ dèanamh làn fheum de fheartan call iomadachaidh ìosal an t-snàithleach, a’ cleachdadh snàithleach nas fhaide gus luach Q an lùb a leasachadh, faodaidh e comharra meanbh-thonn a thoirt gu buil le fuaim ìre glè ìosal. Bho chaidh an dòigh a mholadh anns na 1990n, tha an seòrsa oscillator seo air rannsachadh farsaing agus leasachadh mòr fhaighinn, agus tha oscillators ceangailte foto-electric malairteach ann an-dràsta. O chionn ghoirid, chaidh oscillators foto-dealain a leasachadh aig a bheil triceadan air an atharrachadh thairis air raon farsaing. Is e am prìomh dhuilgheadas a tha an lùib stòran comharran meanbh-thonn stèidhichte air an ailtireachd seo gu bheil an lùb fada, agus gum bi an fhuaim anns an t-sruthadh shaor aige (FSR) agus an tricead dùbailte aige air a mheudachadh gu mòr. A bharrachd air an sin, tha na co-phàirtean foto-dealain a thathas a’ cleachdadh nas motha, tha a’ chosgais àrd, tha an tomhas-lìonaidh duilich a lughdachadh, agus tha an snàithleach nas fhaide nas mothachail air buaireadh àrainneachdail.
Tha an seo gu h-àrd a’ toirt a-steach grunn dhòighean air comharran meanbh-thonn a chruthachadh le foto-electronan, a bharrachd air na buannachdan agus na h-eas-bhuannachdan aca. Mu dheireadh, tha buannachd eile aig cleachdadh foto-electronan gus meanbh-thonn a chruthachadh, is e sin gum faodar an comharra optigeach a sgaoileadh tron t-snàithleach optigeach le call glè ìosal, tar-chur fad-astar gu gach ceann-uidhe cleachdaidh agus an uairsin a thionndadh gu comharran meanbh-thonn, agus tha an comas seasamh an aghaidh bacadh electromagnetic gu math nas fheàrr na co-phàirtean dealanach traidiseanta.
Tha sgrìobhadh an artaigil seo sa mhòr-chuid airson fiosrachaidh, agus còmhla ri eòlas rannsachaidh agus eòlas an ùghdair fhèin san raon seo, tha mearachdan agus neo-thuigse ann, feuch an tuig thu.
Àm puist: 3 Faoilleach 2024