Mikrotolkunly optoelektronikaadyndan görnüşi ýaly, mikrotolkunly peçiň weoptoelektronikaMikrotolkunlar we ýagtylyk tolkunlary elektromagnit tolkunlardyr we ýygylyklary dürli-dürli bolup, degişli ugurlarynda işlenip düzülen komponentler we tehnologiýalar örän tapawutlanýar. Bilelikde, biz biri-birimizden peýdalanyp bileris, ýöne degişlilikde amala aşyrmak kyn bolan täze ulanylyşlary we häsiýetleri alyp bileris.
Optiki aragatnaşykmikrotolkunlaryň we fotoelektronlaryň utgaşmasynyň ajaýyp mysalydyr. Ilkinji telefon we telegraf simsiz aragatnaşygy, signallary döretmek, ýaýratmak we kabul etmek üçin, ähli mikrotolkun enjamlary ulanylýardy. Pes ýygylykly elektromagnit tolkunlar ilki bilen ulanylýar, sebäbi ýygylyk diapazony kiçi we geçirmek üçin kanalyň kuwwaty az. Çözgüt geçirilýän signalyň ýygylygyny artdyrmakdyr, ýygylyk näçe ýokary bolsa, spektr serişdeleri şonça köp. Emma howa ýaýramagynda ýokary ýygylykly signalyň ýitgisi uly, ýöne päsgelçilikler bilen hem aňsatlyk bilen blokirlenýär. Kabel ulanylsa, kabeliň ýitgisi uly we uzak aralyklara geçirmek kynçylyk döredýär. Optiki süýümli aragatnaşygyň peýda bolmagy bu meseleleriň gowy çözgüdidir.Optiki süýümGeçiriş ýitgisi örän pes we signallary uzak aralyklara geçirmek üçin ajaýyp daşaýjydyr. Ýagtylyk tolkunlarynyň ýygylyk diapazony mikrotolkunlaryňkydan has uly we bir wagtyň özünde köp dürli kanallary geçirip bilýär. Şu artykmaçlyklary sebäplioptiki geçirijilik, optiki süýümli aragatnaşyk häzirki maglumat geçirijiliginiň esasyna öwrüldi.
Optiki aragatnaşygyň uzak taryhy bar, ylmy-barlag işleri we ulanylyşy örän giň we ösen, bu ýerde başga zat aýtmaly däl. Bu makala, esasan, optiki aragatnaşykdan başga-da, soňky ýyllarda mikrotolkunly optoelektronikanyň täze ylmy-barlag mazmunyny tanyşdyrýar. Mikrotolkunly optoelektronika, esasan, däp bolan mikrotolkunly elektron komponentleri bilen gazanylmagy kyn bolan öndürijiligi we ulanylyşy gowulandyrmak we gazanmak üçin optoelektronika ulgamyndaky usullary we tehnologiýalary daşaýjy hökmünde ulanýar. Ulanylyşy nukdaýnazaryndan, ol, esasan, aşakdaky üç tarapy öz içine alýar.
Birinjisi, X-diapazonyndan THz diapazonyna çenli ýokary öndürijilikli, pes şowhunly mikrotolkun signallaryny döretmek üçin optoelektronikany ulanmakdyr.
Ikinjiden, mikrotolkun signalyny işläp taýýarlamak. Gijikdirme, süzgüçden geçirmek, ýygylygy öwürmek, kabul etmek we ş.m.
Üçünjiden, analog signallaryň geçirilmegi.
Bu makalada awtor diňe birinji bölegi, ýagny mikrotolkun signalynyň döremegini tanyşdyrýar. Adaty mikrotolkun millimetr tolkuny esasan iii_V mikroelektron komponentleri tarapyndan döredilýär. Onuň çäklendirmeleri aşakdaky nokatlara eýedir: Birinjiden, 100 GHz-den ýokary ýokary ýygylyklara adaty mikroelektronika barha az energiýa öndürip bilýär, ýokary ýygylykly THz signalyna bolsa hiç zat edip bilmeýär. Ikinjiden, faza şowhunyny azaltmak we ýygylyk durnuklylygyny gowulandyrmak üçin asyl enjamy örän pes temperatura gurşawynda ýerleşdirmek gerek. Üçünjiden, ýygylyk modulýasiýasynyň ýygylyk öwrülmeginiň giň gerimini gazanmak kyn. Bu meseleleri çözmek üçin optoelektron tehnologiýasy rol oýnap biler. Esasy usullar aşakda beýan edilýär.
1. Iki dürli ýygylykly lazer signallarynyň tapawut ýygylygy arkaly, 1-nji suratda görkezilişi ýaly, mikrotolkun signallaryny öwürmek üçin ýokary ýygylykly fotodetektor ulanylýar.
1-nji surat. Ikisiniň ýygylygynyň tapawutlylygy bilen döredilýän mikrotolkunlaryň shematiki diagrammasylazerler.
Bu usulyň artykmaçlyklary ýönekeý gurluşdyr, örän ýokary ýygylykly millimetr tolkuny we hatda THz ýygylyk signalyny döredip bilýär we lazeriň ýygylygyny sazlamak arkaly çalt ýygylyk öwrülmeginiň, süpürme ýygylygynyň giň diapazonyny amala aşyryp bolýar. Kemçiligi, iki sany baglanyşykly däl lazer signaly tarapyndan döredilen tapawut ýygylyk signalynyň çyzyk giňliginiň ýa-da faza şowhunynyň deňeşdirme boýunça uly bolmagy we ýygylyk durnuklylygynyň ýokary däldigi, esasanam kiçi göwrümli, ýöne uly çyzyk giňligi (~MHz) bolan ýarymgeçiriji lazer ulanylanda. Eger ulgamyň agram göwrümine bolan talaplar ýokary däl bolsa, pes şowhunly (~kHz) gaty ýagdaýly lazerleri ulanyp bilersiňiz,süýümli lazerler, daşarky boşlukýarymgeçiriji lazerlerwe ş.m. Mundan başga-da, şol bir lazer boşlugynda döredilen iki dürli lazer signallarynyň režimi tapawut ýygylygyny döretmek üçin hem ulanylyp bilner, şonuň üçin mikrotolkun ýygylygynyň durnuklylygynyň görkezijisi ep-esli ýokarlanýar.
2. Öňki usulda görkezilen iki lazeriň özara baglanyşykly däldigi we döredilen signal fazasynyň şowhuny gaty ulydygy meselesini çözmek üçin, iki lazeriň arasyndaky özara baglanyşyklylygy inýeksiýa ýygylygyny blokirleme fazasynyň blokirleme usuly ýa-da negatiw ters pikir fazasynyň blokirleme zynjyry arkaly alyp bolýar. 2-nji suratda mikrotolkun köpeltmeklerini döretmek üçin inýeksiýa blokirlemesiniň adaty ulanylyşy görkezilýär (2-nji surat). Ýarymgeçiriji lazere ýokary ýygylykly tok signallaryny gönüden-göni inýeksiýa etmek ýa-da LinBO3-faza modulýatoryny ulanmak arkaly deň ýygylyk aralygy bolan dürli ýygylykly köp sanly optik signallar ýa-da optik ýygylyk taraklary döredilip bilner. Elbetde, giň spektrli optik ýygylyk tarakyny almak üçin umumy ulanylýan usul re mode-blokirlenen lazer ulanmakdyr. Döredilen optik ýygylyk tarakdaky islendik iki tarak signaly süzgüç arkaly saýlanýar we degişlilikde ýygylyk we faza blokirlemesini amala aşyrmak üçin degişlilikde 1-nji we 2-nji lazerlere inýeksiýa edilýär. Sebäbi optik ýygylyk tarakynyň dürli tarak signallarynyň arasyndaky faza deňeşdirme boýunça durnukly, şonuň üçin iki lazeriň arasyndaky deňeşdirme faza durnukly, soňra öň beýan edilişi ýaly tapawut ýygylygy usuly bilen optik ýygylyk tarak gaýtalanma tizliginiň köp esse ýygylykly mikrotolkun signalyny alyp bolýar.
2-nji surat. Inýeksiýa ýygylygynyň gulplanmagy arkaly döredilen mikrotolkun ýygylygynyň iki esse artýan signalynyň shematik diagrammasy.
Iki lazeriň deňeşdirme faza şowhunyny azaltmagyň başga bir usuly, 3-nji suratda görkezilişi ýaly, negatiw ters täsirli optiki PLL ulanmakdyr.
3-nji surat. OPL-iň shematiki diagrammasy.
Optiki PLL-iň prinsipi elektronika ulgamyndaky PLL-iň prinsipine meňzeýär. Iki lazeriň faza tapawudy fotodetektor (faza detektoryna deň) tarapyndan elektrik signalyna öwrülýär we soňra iki lazeriň arasyndaky faza tapawudy salgylanma mikrotolkun signal çeşmesi bilen tapawut ýygylygyny döretmek arkaly alynýar, ol güýçlendirilýär we süzülýär, soňra lazerleriň biriniň ýygylyk dolandyryş bölümine gaýtarylýar (ýarymgeçiriji lazerler üçin bu inýeksiýa togy). Şeýle negatiw ters täsir dolandyryş halkasy arkaly iki lazer signalynyň arasyndaky deňeşdirme ýygylyk fazasy salgylanma mikrotolkun signalyna gulplanýar. Soňra birleşdirilen optik signal optik süýümler arkaly başga bir fotodetektora geçirilip, mikrotolkun signalyna öwrülip bilner. Mikrotolkun signalynyň emele gelen faza şowhuny faza bilen gulplanan negatiw ters täsir halkasynyň geçirijilik zolagyndaky salgylanma signalynyňky bilen diýen ýaly deňdir. Geçiriş zolagyndan daşary faza şowhuny asyl iki baglanyşygy bolmadyk lazeriň deňeşdirme faza şowhunyna deňdir.
Mundan başga-da, salgylanma mikrotolkun signal çeşmesini beýleki signal çeşmeleri tarapyndan ýygylygy iki esse artdyrmak, bölüji ýygylygy ýa-da başga ýygylygy işläp düzmek arkaly hem öwrüp bolýar, şonuň üçin pes ýygylykly mikrotolkun signalyny köp esse köpeltmäge ýa-da ýokary ýygylykly RF, THz signallaryna öwrüp bolýar.
Inžeksiýa ýygylygyny gulplamak bilen deňeşdirilende, diňe ýygylygyň iki esse artmagyna mümkinçilik berýär, faza gulplanan halkalar has çeýe, diýen ýaly islendik ýygylyklary öndürip bilýär we elbetde has çylşyrymly. Mysal üçin, 2-nji suratda fotoelektrik modulýator tarapyndan döredilen optiki ýygylyk taragy ýagtylyk çeşmesi hökmünde ulanylýar we optiki faza gulplanan halka iki lazeriň ýygylygyny iki optiki tara signalyna saýlama gulplamak we soňra 4-nji suratda görkezilişi ýaly tapawut ýygylygy arkaly ýokary ýygylykly signallary döretmek üçin ulanylýar. f1 we f2 degişlilikde iki PLLS-iň salgylanma signal ýygylyklarydyr we iki lazeriň arasyndaky tapawut ýygylygy bilen N*frep+f1+f2 mikrotolkun signaly döredilip bilner.
4-nji surat. Optiki ýygylyk taraklaryny we PLLS-i ulanyp, islendik ýygylyklary döretmegiň shematiki diagrammasy.
3. Optiki impuls signalyny mikrotolkun signalyna öwürmek üçin režimde gulplanan impuls lazerini ulanyňfotodetektor.
Bu usulyň esasy artykmaçlygy, örän gowy ýygylyk durnuklylygy we örän pes fazaly şowhunly signalyň alnyp bilinmegidir. Lazeriň ýygylygyny örän durnukly atom we molekulýar geçiş spektrine ýa-da örän durnukly optiki boşluga gulplamak we öz-özünden iki esse köpelýän ýygylygy ýok etmek ulgamynyň ýygylyk üýtgeşmesini we beýleki tehnologiýalary ulanmak arkaly, örän durnukly gaýtalanýan ýygylykly örän durnukly optiki impuls signalyny alyp bileris, şeýlelik bilen örän pes fazaly şowhunly mikrotolkun signalyny alyp bileris. 5-nji surat.
5-nji surat. Dürli signal çeşmeleriniň deňeşdirilen faza şowhunynyň deňeşdirilmegi.
Şeýle-de bolsa, impuls gaýtalanma tizligi lazeriň boşlugynyň uzynlygyna ters proporsional bolany we däp bolan re mode-blokirlenen lazeriň uly bolandygy sebäpli, ýokary ýygylykly mikrotolkun signallaryny gönüden-göni almak kyn. Mundan başga-da, däp bolan impulsly lazerleriň ölçegleri, agramy we energiýa sarp edilişi, şeýle hem daşky gurşawyň berk talaplary olaryň esasan laboratoriýa ulanylyşyny çäklendirýär. Bu kynçylyklary ýeňip geçmek üçin ýakynda ABŞ-da we Germaniýada örän kiçi, ýokary hilli çyrpyldawuk re mode-bilen optiki boşluklarda ýygylykly durnukly optiki taraklary döretmek üçin çyzykly däl täsirleri ulanmak boýunça ylmy-barlag işleri başlandy, bu bolsa öz gezeginde ýokary ýygylykly pes şowhunly mikrotolkun signallaryny döredýär.
4. opto elektron ossilýatory, 6-njy surat.
6-njy surat. Fotoelektriki baglanyşykly ossilýatoryň shematiki diagrammasy.
Mikrotolkunlary ýa-da lazerleri öndürmegiň däp bolan usullarynyň biri öz-özüne jogap berýän ýapyk aýlawy ulanmakdyr, ýapyk aýlawdaky gazanç ýitgiden uly bolsa, öz-özünden oýanýan yrgyldaw mikrotolkunlary ýa-da lazerleri döredip biler. Ýapyk aýlawyň hil faktory Q näçe ýokary bolsa, döredilen signal fazasy ýa-da ýygylyk şowhuny şonça-da kiçi bolar. Aýlawyň hil faktoryny artdyrmak üçin göni ýol aýlawyň uzynlygyny köpeltmek we ýaýrama ýitgisini azaltmakdyr. Şeýle-de bolsa, has uzyn aýlaw adatça yrgyldawyň köp sanly režimleriniň döredilmegini goldap biler we dar zolakly süzgüç goşulsa, bir ýygylykly pes şowhunly mikrotolkun yrgyldaw signalyny alyp bolýar. Fotoelektrik birikdirilen ossilýator bu pikir esasynda mikrotolkun signal çeşmesidir, ol süýümiň pes ýaýrama ýitgi häsiýetlerini doly ulanýar, aýlawyň Q gymmatyny gowulandyrmak üçin has uzyn süýümi ulanyp, örän pes fazaly şowhunly mikrotolkun signalyny öndürip biler. Bu usul 1990-njy ýyllarda teklip edilenden bäri, bu görnüşli ossilýator giň gözlegleri we ep-esli ösüşleri aldy we häzirki wagtda täjirçilik fotoelektrik birikdirilen ossilýatorlar bar. Ýakynda ýygylyklary giň diapazonda sazlanyp bilinýän fotoelektrik ossilýatorlar işlenip düzüldi. Bu arhitektura esaslanýan mikrotolkun signal çeşmeleriniň esasy meselesi, aýlawyň uzyn bolmagy we onuň erkin akymyndaky (FSR) şowhun we onuň goşa ýygylygy ep-esli artmagydyr. Mundan başga-da, ulanylýan fotoelektrik komponentler has köp, bahasy ýokary, göwrümi azaltmak kyn we uzyn süýüm daşky gurşawyň bozulmalaryna has duýgur bolýar.
Ýokarda mikrotolkun signallaryny fotoelektron arkaly döretmegiň birnäçe usullary, şeýle hem olaryň artykmaçlyklary we kemçilikleri gysgaça görkezilýär. Ahyrsoňy, mikrotolkun öndürmek üçin fotoelektronlary ulanmagyň ýene bir artykmaçlygy bar, ol bolsa optik signalyň optik süýüm arkaly örän az ýitgi bilen paýlanyp bilinmegi, her bir ulanyş terminalyna uzak aralyklara geçirilmegi we soňra mikrotolkun signallaryna öwrülmegidir we elektromagnit päsgelçiliklere garşy durmak ukyby däp bolan elektron komponentlere garanyňda ep-esli gowulaşýar.
Bu makala esasan maglumat üçin ýazylypdyr we awtoryň öz ylmy tejribesi we bu ugurdaky tejribesi bilen birleşdirilende, nädogrylyklar we düşnüksizlikler bar, düşünmegiňizi haýyş edýärin.
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 3-nji ýanwary