Optoelettronica à microonde, cum'è u nome suggerisce, hè l'intersezzione di u micru èoptoelettronica.I microonde è l'onda di luce sò onde elettromagnetiche, è e frequenze sò assai ordini di grandezza diffirenti, è i cumpunenti è e tecnulugia sviluppati in i so campi rispettivi sò assai diffirenti.In cumminazzioni, pudemu prufittà di l'altri, ma pudemu uttene novi applicazioni è caratteristiche chì sò difficiuli di rializà rispettivamente.
A cumunicazione otticahè un primu esempiu di a cumminazzioni di microonde è fotoelettroni.I primi telefonii è telegrafichi cumunicazioni wireless, a generazione, a propagazione è a ricezione di signali, tutti i dispusitivi microwave utilizati.Onde elettromagnetiche di bassa frequenza sò aduprate inizialmente perchè a gamma di freccia hè chjuca è a capacità di u canali per a trasmissione hè chjuca.A suluzione hè di aumentà a freccia di u signale trasmessu, più altu hè a freccia, più risorse di spettru.Ma u signale di alta frequenza in a perdita di propagazione di l'aria hè grande, ma ancu faciule d'esse bluccatu da ostaculi.Se u cable hè utilizatu, a perdita di u cable hè grande, è a trasmissione à longa distanza hè un prublema.L'emergenza di a cumunicazione in fibra ottica hè una bona suluzione per questi prublemi.Fibra otticahà una perdita di trasmissione assai bassa è hè un trasportatore eccellente per trasmette segnali à longu distanzi.A gamma di freccia di l'onda di luce hè assai più grande di quella di i microonde è ponu trasmette parechji canali diversi simultaneamente.A causa di sti vantaghji ditrasmissione ottica, a cumunicazione in fibra ottica hè diventata a spina di a trasmissione di l'infurmazioni d'oghje.
A cumunicazione ottica hà una longa storia, a ricerca è l'applicazione sò assai larga è matura, ùn hè micca per dì più.Stu documentu presenta principalmente u novu cuntenutu di ricerca di l'optoelettronica à microonde in l'ultimi anni, fora di a cumunicazione ottica.L'optoelettronica à microonde usa principalmente i metudi è e tecnulugii in u campu di l'optoelettronica cum'è u trasportatore per migliurà è ottene u rendiment è l'applicazione chì sò difficiuli di ottene cù i cumpunenti elettronichi tradiziunali di microonde.Da a perspettiva di l'applicazione, include principalmente i seguenti trè aspetti.
U primu hè l'usu di l'optoelettronica per generà segnali di microonde d'alta prestazione, à pocu rumore, da a banda X finu à a banda THz.
Siconda, trasfurmazioni di signali à microonde.Includendu ritardu, filtru, cunversione di frequenza, riceve è cusì.
Terzu, a trasmissione di signali analogichi.
In questu articulu, l'autore presenta solu a prima parte, a generazione di signali microwave.L'onda millimetrica di microonde tradiziunale hè generata principalmente da cumpunenti microelettronici iii_V.E so limitazioni anu i seguenti punti: Prima, à frequenze elevate cum'è 100GHz sopra, a microelettronica tradiziunale pò pruduce menu è menu putere, à u signale THz di freccia più altu, ùn ponu fà nunda.Siconda, per riduce u rumore di fase è migliurà a stabilità di freccia, u dispusitivu originale deve esse piazzatu in un ambiente di temperatura estremamente bassu.Terzu, hè difficiule di ottene una larga gamma di cunversione di frequenza di modulazione di frequenza.Per risolve questi prublemi, a tecnulugia optoelettronica pò ghjucà un rolu.I metudi principali sò descritti quì sottu.
1. Per mezu di a freccia diffarenza di dui signali laser di freccia sfarente, un photodetector d'alta freccia hè utilizatu per cunvertisce i segnali di micru, cum'è mostra in a Figura 1.
Figura 1. Schematic diagram of microwaves generati da a freccia diffarenza di duilasers.
I vantaghji di stu metudu sò struttura simplice, pò generà onda millimetrica di frequenza estremamente alta è ancu segnali di frequenza THz, è aghjustendu a frequenza di u laser pò realizà una larga gamma di cunversione di freccia veloce, frequenza di spazzata.U svantaghju hè chì l'ampiezza di linea o u rumore di fase di u signale di freccia di differenza generata da dui signali laser indipendenti hè relativamente grande, è a stabilità di freccia ùn hè micca alta, soprattuttu s'ellu hè un laser semiconductor cù un picculu voluminu ma una larga larghezza di linea (~ MHz). usatu.Se i requisiti di u voluminu di u pesu di u sistema ùn sò micca elevati, pudete aduprà laser à stati solidi à pocu rumore (~ kHz),laser di fibra, cavità esternalaser semiconductor, etc. In più, dui modi diffirenti di signali laser generati in a listessa cavità laser pò ancu esse utilizatu per generà una freccia diffarenza, perchè u rendiment di stabilità di freccia di microondas hè assai migliuratu.
2. Per risolve u prublema chì i dui laser in u metudu precedente sò incoerenti è u rumore di fasa di signale generatu hè troppu grande, a coherenza trà i dui laser pò esse ottenuta da u metudu di bloccu di fase di bloccu di frequenza d'iniezione o a fase di feedback negativu. circuitu di serratura.A Figura 2 mostra una tipica applicazione di bloccu di iniezione per generà multiplici di microonde (Figura 2).Injecting direttamente signali di currenti di alta frequenza in un laser semiconductor, o usendu un modulatore di fase LinBO3, ponu esse generati segnali ottici multipli di frequenze diverse cù spaziatura di frequenza uguale, o pettini di frequenza ottica.Di sicuru, u metudu cumunimenti utilizatu per ottene un pettine di freccia otticu di spettru largu hè di utilizà un laser di modu-locked.Qualchese dui segnali di pettine in u pettine di frequenza ottica generata sò scelti per filtrazione è injected in laser 1 è 2 rispettivamente per realizà rispettivamente a frequenza è u bloccu di fase.Perchè a fase trà i sferenti segnali di pettine di u pettine di frequenza ottica hè relativamente stabile, cusì chì a fase relativa trà i dui laser hè stabile, è dopu da u metudu di freccia di diffarenza cum'è descritta prima, u segnu di microonde di frequenza multi-fold di u frequenza ottica pettine tassu di ripetizione pò esse ottenuta.
Figura 2. Schematic diagram of microwave freccia duplicazione signale generatu da a freccia di freccia di iniezione.
Un altru modu per riduce u rumore di fase relative di i dui laser hè di utilizà un PLL otticu di feedback negativu, cum'è mostra in Figura 3.
Figura 3. Schematic diagram of OPL.
U principiu di PLL otticu hè simile à quellu di PLL in u campu di l'elettronica.A differenza di fase di i dui laser hè cunvertita in un signalu elettricu da un fotodetettore (equivalente à un detector di fase), è dopu a diferenza di fase trà i dui laser hè ottenuta fendu una frequenza di differenza cù una fonte di signale di micru di riferimentu, chì hè amplificata. è filtrata è poi rinviata à l'unità di cuntrollu di freccia di unu di i laser (per i laser semiconductor, hè a corrente d'iniezione).Attraversu un tali ciclu di cuntrollu di feedback negativu, a fase di frequenza relativa trà i dui signali laser hè chjusa à u signale di micru di riferimentu.U signale otticu cumminatu pò esse trasmessu à traversu fibre ottiche à un fotodetettore in altrò è cunvertitu in un signalu di micru.U rumore di fase risultante di u signale di microonde hè quasi uguale à quellu di u segnu di riferimentu in a larghezza di banda di u ciclu di feedback negativu in fase.U rumore di fase fora di a larghezza di banda hè uguale à u rumore di fase relative di i dui laser originali senza relazione.
Inoltre, a fonte di segnali di micru di riferimentu pò ancu esse cunvertita da altre fonti di segnali per mezu di doppia freccia, frequenza di divisore, o altre trattamentu di freccia, in modu chì u signale di microonde di freccia più bassa pò esse multiduplicatu, o cunvertitu in segnali RF d'alta freccia, THz.
Paragunatu à u bloccu di frequenza di iniezione pò ottene solu radduppiamentu di freccia, i loops in fasi sò più flessibili, ponu pruduce frequenze quasi arbitrarie, è di sicuru più cumplessu.Per esempiu, u pettine di frequenza otticu generatu da u modulatore fotoelettricu in a Figura 2 hè utilizatu cum'è fonte di luce, è u ciclu otticu in fase chjusa hè utilizatu per chjude selectivamente a frequenza di i dui laser à i dui segnali di pettine otticu, è dopu generà. signali d'alta freccia à traversu a freccia di diffarenza, cum'è mostra in a Figura 4. f1 è f2 sò i frequenze di signale di riferimentu di i dui PLLS rispettivamente, è un signalu di micru di N * frep + f1 + f2 pò esse generatu da a freccia diffarenza trà l'. dui laser.
Figura 4. Diagramma schematicu di generazione di frequenze arbitrarie cù pettini di freccia otticu è PLLS.
3. Aduprà u laser di impulsu mode-locked per cunvertisce u signalu di impulsu otticu in u microwave signal throughfotodetettore.
U vantaghju principali di stu metudu hè chì un signalu cù una stabilità di freccia assai bona è un rumore di fase assai bassu pò esse ottenutu.Chjachendu a frequenza di u laser à un spettru di transizione atomicu è moleculare assai stabile, o una cavità ottica estremamente stabile, è l'usu di u cambiamentu di frequenza di u sistema di eliminazione di freccia autoduppiante è altre tecnulugia, pudemu ottene un signalu di impulsu otticu assai stabile cù una frequenza di ripetizione assai stabile, in modu di ottene un signalu di micru cù un rumore di fase ultra-bassu.Figura 5.
Figura 5. Comparazione di u rumore di fase relative di e diverse fonti di signali.
In ogni casu, perchè u ritmu di ripetizione di u pulsu hè inversamente proporzionale à a lunghezza di a cavità di u laser, è u laser tradiziunale in modalità-locked hè grande, hè difficiule d'ottene segnali di micru d'alta frequenza direttamente.Inoltre, a dimensione, u pesu è u cunsumu d'energia di i laser pulsati tradiziunali, è ancu i duri requisiti ambientali, limitanu e so applicazioni principalmente di laboratoriu.Per superà queste difficultà, a ricerca hè stata recentemente cuminciata in i Stati Uniti è in Germania chì utilizanu effetti non lineari per generà pettini ottici stabili di frequenza in cavità ottiche in modalità chirp di alta qualità, chì à u turnu generanu segnali di microonde d'alta freccia à pocu rumore.
4. oscillator ilittronica opto, Figura 6.
Figura 6. Schematic schema di oscillator accoppiatu photoelectric.
Unu di i metudi tradiziunali di generazione di micru o laser hè di utilizà un ciclu chjusu di self-feedback, finu à chì u guadagnu in u ciclu chjusu hè più grande di a perdita, l'oscillazione autoexcitata pò pruduce microonde o laser.U più altu hè u fattore di qualità Q di u ciclu chjusu, u più chjucu hè a fase di signale generata o u rumore di frequenza.Per fà cresce u fattore di qualità di u ciclu, u modu direttu hè di aumentà a durata di u ciclu è minimizzà a perdita di propagazione.Tuttavia, un loop più longu pò generalmente sustene a generazione di parechje modi d'oscillazione, è se un filtru di larghezza di banda stretta hè aghjuntu, un signalu d'oscillazione di microonde à pocu rumore à freccia unica pò esse ottenutu.L'oscillatore fotoelettricu accoppiatu hè una fonte di segnali di microonde basatu annantu à questa idea, face un usu cumpletu di e caratteristiche di perdita di a bassa propagazione di a fibra, utilizendu una fibra più longa per migliurà u valore di u loop Q, pò pruduce un signalu di microonde cù un rumore di fase assai bassu.Siccomu u metudu hè statu prupostu in l'anni 1990, stu tipu d'oscillatore hà ricivutu una ricerca estensiva è un sviluppu considerableu, è ci sò attualmente oscillatori cummirciali fotoelettrichi.Più recentemente, sò stati sviluppati oscillatori fotoelettrichi chì e frequenze ponu esse aghjustate in una larga gamma.U prublema principali di e fonti di signali di microondas basatu annantu à questa architettura hè chì u ciclu hè longu, è u rumore in u so flussu liberu (FSR) è a so doppia frequenza serà significativamente aumentatu.Inoltre, i cumpunenti fotoelettrici utilizati sò più, u costu hè altu, u voluminu hè difficiule di riduce, è a fibra più longa hè più sensibile à a perturbazione ambientale.
U sopra presenta brevemente parechji metudi di generazione di fotoelettroni di segnali di micru, è ancu i so vantaghji è svantaghji.Infine, l'usu di fotoelettroni per pruduce microonde hà un altru vantaghju hè chì u signale otticu pò esse distribuitu à traversu a fibra ottica cù una perdita assai bassa, una trasmissione à longa distanza à ogni terminale d'usu è poi cunvertisce in segnali di microonde, è a capacità di resistà elettromagneticu. l'interferenza hè significativamente migliorata da i cumpunenti elettronichi tradiziunali.
A scrittura di stu articulu hè principalmente per riferimentu, è cumminata cù l'esperienza di ricerca di l'autore è l'esperienza in questu campu, ci sò imprecisioni è incomprensiveness, per piacè capiscenu.
Tempu di Postu: Jan-03-2024