Microwave optoelectronics, mar a tha an t-ainm ag ràdh, is e eadar-ghearradh microwave agusoptoelectronics. Tha microwave agus tonnan aotrom nan tonnan electromagnetic, agus tha na triceadan mòran òrdughan meud eadar-dhealaichte, agus tha na pàirtean agus na teicneòlasan a chaidh a leasachadh anns na raointean aca gu math eadar-dhealaichte. Còmhla, is urrainn dhuinn brath a ghabhail air a chèile, ach gheibh sinn tagraidhean agus feartan ùra a tha duilich a thoirt gu buil.
Optical conaltradhna phrìomh eisimpleir den mheasgachadh de mhicrowave agus photoelectrons. Conaltradh tràth gun uèir fòn is teileagraf, gineadh, iomadachadh agus fàilteachadh chomharran, uile innealan microwave air an cleachdadh. Bithear a’ cleachdadh tonnan electromagnetic tricead ìosal an toiseach leis gu bheil an raon tricead beag agus gu bheil comas an t-seanail airson tar-chuir beag. Is e am fuasgladh a bhith ag àrdachadh tricead a’ chomharra tar-chuir, mar as àirde am tricead, is ann as motha de ghoireasan speactram. Ach tha an comharra tricead àrd ann an call iomadachadh èadhair mòr, ach cuideachd furasta a bhacadh le cnapan-starra. Ma thèid an càball a chleachdadh, tha call a ’chàball mòr, agus tha tar-chuir astar fada na dhuilgheadas. Tha nochdadh conaltradh snàithleach optigeach na fhuasgladh math air na duilgheadasan sin.Optical freumhagtha call tar-chuir glè ìosal aige agus tha e na neach-giùlan sàr-mhath airson comharran a chuir thairis air astaran fada. Tha raon tricead tonnan solais mòran nas motha na raon microwave agus faodaidh iad iomadh seanal a chuir thairis aig an aon àm. Air sgàth na buannachdan seo atar-chuir optigeach, tha conaltradh snàithleach optigeach air a thighinn gu bhith na chnàimh-droma ann an sgaoileadh fiosrachaidh an latha an-diugh.
Tha eachdraidh fhada aig conaltradh optigeach, tha rannsachadh agus cleachdadh gu math farsaing agus aibidh, chan eil seo ri ràdh tuilleadh. Tha am pàipear seo gu ìre mhòr a’ toirt a-steach susbaint rannsachaidh ùr microwave optoelectronics anns na bliadhnachan mu dheireadh a bharrachd air conaltradh optigeach. Bidh optoelectronics microwave sa mhòr-chuid a’ cleachdadh dhòighean agus theicneòlasan ann an raon optoelectronics mar neach-giùlan gus coileanadh agus tagradh a tha duilich a choileanadh le co-phàirtean dealanach traidiseanta microwave a leasachadh agus a choileanadh. Bho shealladh tagraidh, tha e gu ìre mhòr a’ toirt a-steach na trì taobhan a leanas.
Is e a’ chiad fhear cleachdadh optoelectronics gus comharran microwave àrd-choileanadh, fuaim ìosal a ghineadh, bhon X-band fad na slighe chun chòmhlan THz.
San dàrna àite, giollachd chomharran microwave. A’ toirt a-steach dàil, sìoladh, tionndadh tricead, faighinn agus mar sin air adhart.
San treas àite, sgaoileadh comharran analog.
Anns an aiste seo, an t-ùghdar a-mhàin a 'toirt a-steach a' chiad phàirt, ginealach microwave comharra. Tha tonn millimeter microwave traidiseanta air a chruthachadh sa mhòr-chuid le co-phàirtean iii_V microelectronic. Tha na puingean a leanas aig na crìochan aige: An toiseach, gu triceadan àrda leithid 100GHz gu h-àrd, faodaidh microelectronics traidiseanta nas lugha agus nas lugha de chumhachd a thoirt gu buil, chun chomharra THz tricead nas àirde, chan urrainn dhaibh dad a dhèanamh. San dàrna h-àite, gus fuaim ìre a lughdachadh agus seasmhachd tricead adhartachadh, feumar an inneal tùsail a chuir ann an àrainneachd teòthachd gu math ìosal. San treas àite, tha e duilich raon farsaing de thionndadh tricead atharrachadh tricead a choileanadh. Gus fuasgladh fhaighinn air na duilgheadasan sin, faodaidh àite a bhith aig teicneòlas optoelectronic. Tha na prìomh dhòighean air am mìneachadh gu h-ìosal.
1. Tro tricead eadar-dhealachaidh dà chomharran laser tricead eadar-dhealaichte, thathas a’ cleachdadh photodetector àrd-tricead gus comharran microwave a thionndadh, mar a chithear ann am Figear 1.
Figear 1. Diagram sgeamach de mhicrowave air a chruthachadh leis an tricead eadar-dhealachaidh de dhàleusair.
Is e buannachdan an dòigh seo structar sìmplidh, is urrainn dha tonn millimeter tricead fìor àrd agus eadhon comharra tricead THz atharrachadh, agus le bhith ag atharrachadh tricead an leusair faodaidh e raon mòr de thionndadh tricead luath a dhèanamh, tricead sguab. Is e an ana-cothrom gu bheil fuaim loidhne-loidhne no ìre den chomharra tricead eadar-dhealachaidh air a chruthachadh le dà chomharra laser neo-cheangailte an ìre mhath mòr, agus chan eil an seasmhachd tricead àrd, gu sònraichte ma tha leusair leth-chonnsair le tomhas beag ach linewidth mòr (~ MHz) chleachdadh. Mura h-eil riatanasan meud cuideam an t-siostaim àrd, faodaidh tu leusairean stàite cruaidh fuaim ìosal (~ kHz) a chleachdadh,lasers freumhag, cuas a-muighlasers semiconductor, msaa A bharrachd air an sin, faodar dà dhòigh eadar-dhealaichte de chomharran laser a ghineadh anns an aon chuas leusair a chleachdadh cuideachd gus tricead eadar-dhealachaidh a ghineadh, gus am bi coileanadh seasmhachd tricead microwave air a leasachadh gu mòr.
2. Gus fuasgladh fhaighinn air an duilgheadas gu bheil an dà leusair anns an dòigh roimhe mì-chinnteach agus gu bheil am fuaim ìre comharra 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 ìre fios air ais àicheil cuairt glasaidh. Tha Figear 2 a’ sealltainn cleachdadh àbhaisteach de ghlasadh stealladh gus iomadan microwave a ghineadh (Figear 2). Le bhith a’ stealladh gu dìreach comharran sruth àrd-tricead a-steach do leusair leth-chonnsair, no le bhith a’ cleachdadh modulator ìre LinBO3, faodar ioma-chomharran optigeach de dhiofar triceadan le farsaingeachd tricead co-ionann a chruthachadh, no cìrean tricead optigeach. Gu dearbh, is e an dòigh as cumanta air cìr tricead optigeach speactram farsaing fhaighinn a bhith a’ cleachdadh leusair glaiste modh. Bithear a’ taghadh dà chomharra cìr sam bith anns a’ chìr tricead optigeach a chaidh a chruthachadh le bhith a’ sìoladh agus air an stealladh a-steach do laser 1 agus 2 fa leth gus tricead agus glasadh ìre a thoirt gu buil. Leis gu bheil an ìre eadar na diofar chomharran cìr den chìr tricead optigeach gu ìre mhath seasmhach, gus am bi an ìre coimeasach eadar an dà leusair seasmhach, agus an uairsin leis an dòigh tricead eadar-dhealachaidh mar a chaidh a mhìneachadh roimhe, comharra microwave tricead ioma-fhillte an gheibhear ìre ath-aithris cìr tricead optigeach.
Figear 2. Diagram sgeamach de chomharradh dùblachadh tricead microwave air a chruthachadh le glasadh tricead stealladh.
Is e dòigh eile air fuaim ìre coimeasach an dà leusair a lughdachadh a bhith a’ cleachdadh fios air ais àicheil PLL optigeach, mar a chithear ann am Figear 3.
Figear 3. Diagram sgeamach de OPL.
Tha prionnsapal PLL optigeach coltach ri prionnsapal PLL ann an raon electronics. Tha eadar-dhealachadh ìre an dà leusair air a thionndadh gu comharra dealain le photodetector (co-ionann ri lorgaire ìre), agus an uairsin gheibhear an eadar-dhealachadh ìre eadar an dà leusair le bhith a ’dèanamh tricead eadar-dhealachaidh le stòr comharra microwave iomraidh, a tha air a mheudachadh. agus air a shìoladh agus an uairsin air a thoirt air ais gu aonad smachd tricead aon de na leusairean (airson lasers semiconductor, is e sruth an in-stealladh). Tro lùb smachd fios-air-ais cho àicheil, tha an ìre tricead coimeasach eadar an dà chomharra laser glaiste don chomharradh microwave iomraidh. Faodar an comharra optigeach aonaichte an uairsin a chuir tro snàithleach optigeach gu photodetector ann an àite eile agus atharrachadh gu comharra microwave. Tha am fuaim ìre mar thoradh air a’ chomharra microwave cha mhòr co-ionann ri fuaim a’ chomharra iomraidh taobh a-staigh leud-bann an lùb fios-air-ais àicheil a tha glaiste le ìre. Tha fuaim ìre taobh a-muigh an leud-bann co-ionann ri fuaim ìre coimeasach an dà leusair tùsail gun cheangal.
A bharrachd air an sin, faodar an stòr comharra microwave iomraidh a thionndadh le stòran comharran eile tro dhùblachadh tricead, tricead roinneadh, no giullachd tricead eile, gus an tèid an comharra microwave tricead nas ìsle a bhith ioma-dhùblachadh, no atharrachadh gu comharran RF, THz àrd-tricead.
An coimeas ri glasadh tricead stealladh chan fhaighear ach dùblachadh tricead, tha lùban glaiste ìre nas sùbailte, is urrainn dhaibh tricead cha mhòr neo-riaghailteach a thoirt gu buil, agus gu dearbh nas iom-fhillte. Mar eisimpleir, thathas a ’cleachdadh a’ chìr tricead optigeach a chruthaich am modulator photoelectric ann am Figear 2 mar an stòr solais, agus thathas a ’cleachdadh an lùb glaiste ìre optigeach gus tricead an dà leusair a ghlasadh gu dà chomharra cìr optigeach, agus an uairsin a ghineadh. comharran àrd-tricead tron tricead eadar-dhealachaidh, mar a chithear ann am Figear 4. Is e f1 agus f2 tricead comharran iomraidh an dà PLLS fa leth, agus faodar comharra microwave de N * frep + f1 + f2 a chruthachadh leis an tricead eadar-dhealachaidh eadar an dà leusair.
Figear 4. Diagram sgeamach de bhith a’ gineadh triceadan neo-riaghailteach a’ cleachdadh cìrean tricead optigeach agus PLLS.
3. Cleachd leusair pulse glaiste modh gus comharra cuisle optigeach a thionndadh gu comharra microwave troimhelorgaire dealbh.
Is e prìomh bhuannachd an dòigh seo gum faighear comharra le seasmhachd tricead fìor mhath agus fuaim ìre glè ìosal. Le bhith a’ glasadh tricead an leusair gu speactram gluasaid atamach is moileciuil a tha gu math seasmhach, no cuas optigeach air leth seasmhach, agus cleachdadh gluasad tricead siostam cuir às do tricead fèin-dhùblachadh agus teicneòlasan eile, gheibh sinn comharra cuisle optigeach gu math seasmhach le tricead ath-aithris gu math seasmhach, gus comharra microwave fhaighinn le fuaim ìre ultra-ìosal. Figear 5.
Figear 5. Coimeas eadar fuaim ìre coimeasach de dhiofar thùsan comharran.
Ach, leis gu bheil an ìre ath-aithris cuisle co-rèireach gu mì-chothromach ri fad cavity an leusair, agus gu bheil an leusair traidiseanta glaiste le modh mòr, tha e duilich comharran microwave àrd-tricead fhaighinn gu dìreach. A bharrachd air an sin, tha meud, cuideam agus caitheamh lùtha lasers pulsed traidiseanta, a bharrachd air riatanasan àrainneachd cruaidh, a’ cuingealachadh na tagraidhean obair-lann aca sa mhòr-chuid. Gus faighinn thairis air na duilgheadasan sin, tha rannsachadh air tòiseachadh o chionn ghoirid anns na Stàitean Aonaichte agus sa Ghearmailt a’ cleachdadh buaidhean neo-loidhneach gus cìrean optigeach seasmhach-tricead a ghineadh ann an uamhan optigeach modh chirp glè bheag, àrd-inbhe, a bhios an uair sin a’ gineadh comharran microwave fuaim ìosal àrd-tricead.
4. opto eileagtronaigeach oscillator, Figear 6.
Figear 6. Diagram sgeamach de oscillator co-cheangailte photoelectric.
Is e aon de na dòighean traidiseanta airson microwave no lasers a ghineadh a bhith a’ cleachdadh lùb dùinte fèin-fhiosrachaidh, fhad ‘s a tha a’ bhuannachd anns an lùb dùinte nas motha na an call, faodaidh an oscillation fèin-thoileach microwaves no lasers a thoirt gu buil. Mar as àirde am bàillidh càileachd Q den lùb dùinte, is ann as lugha a bhios an ìre comharra a chaidh a chruthachadh no am fuaim tricead. Gus feart càileachd an lùib àrdachadh, is e an dòigh dhìreach fad an lùb a mheudachadh agus an call iomadachaidh a lughdachadh. Ach, mar as trice faodaidh lùb nas fhaide taic a thoirt do ghineadh ioma-mhodh oscillation, agus ma thèid sìoltachan leud-bann cumhang a chuir ris, gheibhear comharra oscillation microwave fuaim ìosal aon-tricead. Tha oscillator ceangailte le photoelectric na stòr comharra microwave stèidhichte air a ’bheachd seo, bidh e a’ dèanamh làn fheum de fheartan call iomadachaidh ìosal an snàithleach, a ’cleachdadh snàithleach nas fhaide gus luach lùb Q adhartachadh, is urrainn dha comharra microwave a thoirt gu buil le fuaim ìre glè ìosal. Bho chaidh an dòigh a mholadh anns na 1990n, tha an seòrsa oscillator seo air sgrùdadh farsaing fhaighinn agus leasachadh mòr, agus an-dràsta tha oscillators ceangailte photoelectric malairteach ann. O chionn ghoirid, chaidh oscillators photoelectric aig a bheil triceadan atharrachadh thairis air raon farsaing a leasachadh. Is e am prìomh dhuilgheadas de stòran comharran microwave stèidhichte air an ailtireachd seo gu bheil an lùb fada, agus thèid am fuaim anns an t-sruthadh an-asgaidh (FSR) agus an tricead dùbailte àrdachadh gu mòr. A bharrachd air an sin, tha na co-phàirtean photoelectric a thathas a ’cleachdadh nas motha, tha a’ chosgais àrd, tha an tomhas-lìonaidh duilich a lughdachadh, agus tha am freumhag nas fhaide nas mothachail air dragh àrainneachd.
Tha na tha gu h-àrd a 'toirt a-steach grunn dhòighean air ginealach photoelectron de chomharran microwave, a bharrachd air na buannachdan agus na h-eas-bhuannachdan aca. Mu dheireadh, tha buannachd eile aig cleachdadh photoelectrons gus microwave a thoirt gu buil gum faodar an comharra optigeach a sgaoileadh tron snàithleach optigeach le call glè ìosal, tar-chuir astar fada gu gach inneal cleachdaidh agus an uairsin atharrachadh gu comharran microwave, agus an comas seasamh an aghaidh electromagnetic. tha eadar-theachd air a leasachadh gu mòr na co-phàirtean dealanach traidiseanta.
Tha sgrìobhadh an artaigil seo gu ìre mhòr airson fiosrachadh, agus còmhla ri eòlas rannsachaidh agus eòlas an ùghdair fhèin san raon seo, tha mearachdan agus neo-thuigse ann, feuch an tuig thu.
Ùine puist: Jan-03-2024