Микроволновая оптоэлектроника, как следует из названия, это пересечение микроволновой печи иОптоэлектроникаПолем Микроволны и легкие волны представляют собой электромагнитные волны, а частоты разные порядки разные, а компоненты и технологии, разработанные в их соответствующих областях, очень разные. В сочетании мы можем воспользоваться друг другу, но мы можем получить новые приложения и характеристики, которые трудно реализовать соответственно.
Оптическое общениеявляется ярким примером комбинации микроволн и фотоэлектронов. Ранняя телефонная и телеграфная беспроводная связь, генерация, распространение и прием сигналов, все использовали микроволновые устройства. Низкочастотные электромагнитные волны используются изначально, потому что частотный диапазон невелик, а емкость канала для передачи невелика. Решение состоит в том, чтобы увеличить частоту передаваемого сигнала, чем выше частота, тем больше ресурсов спектра. Но высокочастотный сигнал в потере распространения воздуха большой, но также легко блокировать препятствиями. Если используется кабель, потеря кабеля большая, а передача на большие расстояния является проблемой. Появление общения оптического волокна является хорошим решением этих проблем.Оптическое волокноимеет очень низкую потерю передачи и является отличным носителем для передачи сигналов на большие расстояния. Частотный диапазон световых волн намного больше, чем у микроволн, и может одновременно передавать множество различных каналов. Из -за этих преимуществОптическая передача, Оптическое общение с волокном стало основой сегодняшней передачи информации.
Оптическое общение имеет долгую историю, исследования и применение очень обширные и зрелые, здесь нет больше. Эта статья в основном представляет новое исследование контента микроволновой оптоэлектроники в последние годы, кроме оптической коммуникации. Микроволновая оптоэлектроника в основном использует методы и технологии в области оптоэлектроники в качестве носителя для улучшения и достижения производительности и применения, которые трудно достичь с помощью традиционных микроволновых электронных компонентов. С точки зрения применения, он в основном включает в себя следующие три аспекта.
Первое-это использование оптоэлектроники для генерации высокопроизводительных микроволновых сигналов с низким уровнем шума, от x-диапазона до ТГц-полосы.
Во -вторых, микроволновая обработка сигнала. Включая задержку, фильтрацию, преобразование частоты, получение и т. Д.
В -третьих, передача аналоговых сигналов.
В этой статье автор представляет только первую часть, генерацию микроволнового сигнала. Традиционная микроволновая миллиметравая волна в основном генерируется микроэлектроническими компонентами III_V. Его ограничения имеют следующие точки: во -первых, к высоким частотам, таким как 100 ГГц выше, традиционная микроэлектроника может производить все меньшую и меньшую мощность, к более высокой частоте ТГц сигнал, они ничего не могут делать. Во -вторых, чтобы уменьшить фазовый шум и улучшить стабильность частоты, исходное устройство должно быть помещено в чрезвычайно низкую температуру. В -третьих, трудно достичь широкого диапазона частотной частоты модуляции. Чтобы решить эти проблемы, оптоэлектронная технология может сыграть роль. Основные методы описаны ниже.
1. Через разницу частота двух разных частотных лазерных сигналов, высокочастотный фотоприемник используется для преобразования микроволновых сигналов, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Схематическая диаграмма микроволн, генерируемая частотой разности двухлазеры.
Преимущества этого метода - это простая структура, может генерировать чрезвычайно высокочастотную миллиметровую волну и даже ТГц частотный сигнал, и путем регулировки частоты лазера может выполнять большой диапазон быстрой частоты, частота развертки. Недостатком является то, что ширина линии или фазовый шум частотного сигнала разности, генерируемого двумя не связанными лазерными сигналами, является относительно большой, а стабильность частоты не высока, особенно если используется полупроводниковый лазер с небольшим объемом, но используется большая ширина линии (~ МГц). Если требования к объему веса системы не высоки, вы можете использовать твердотельные лазеры с низким уровнем шума (~ кГц),волокнистые лазеры, внешняя полостьполупроводниковые лазерыи т. д. Кроме того, два разных режима лазерных сигналов, генерируемых в одной и той же лазерной полости, также могут использоваться для генерации частоты разности, так что производительность стабильности микроволновой частоты значительно улучшилась.
2. Чтобы решить проблему, что два лазера в предыдущем методе являются неоспоримыми, и генерируемый фазовый шум сигнала слишком велик, когерентность между двумя лазерами может быть получена с помощью метода блокировки фазы блокировки частоты впрыска или схемы блокировки фазы отрицательной обратной связи. На рисунке 2 показано типичное применение блокировки инъекций для генерации микроволновых мультипликаций (рисунок 2). Прямо вводя сигналы высокочастотного тока в полупроводниковый лазер или с использованием модулятора Linbo3-фазы, могут быть генерированы множественные оптические сигналы различных частот с одинаковыми частотами, или оптические частоты. Конечно, широко используемый метод для получения широкой оптической частоты спектра-это использование лазера с закрепленным в режиме. Любые два сигнала расчески в сгенерированной оптической частотной расческе выбираются путем фильтрации и вводится в лазер 1 и 2 соответственно для реализации частоты и фазовой блокировки соответственно. Поскольку фаза между различными сигналами расщелины оптической частоты является относительно стабильной, так что относительная фаза между двумя лазерами является стабильной, а затем можно получить метод частоты разности, как описано ранее, может быть получен многократный частотный микроволновый сигнал оптической частоты частоты.
Рисунок 2. Схематическая диаграмма микроволнового удвоения сигнала, генерируемого частотой инъекции.
Другим способом уменьшить относительный фазовый шум двух лазеров является использование оптической PLL отрицательной обратной связи, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3. Схематическая диаграмма OPL.
Принцип оптического PLL аналогичен принципу PLL в области электроники. Разница фаз двух лазеров преобразуется в электрический сигнал фотоприемником (эквивалентным детектору фазы), а затем разница в фазах между двумя лазерами получается путем создания частоты разности с помощью эталонного источника микроволнового сигнала, который усиливается и отфильтрован, а затем возвращается к единице контроля частоты одной из лазеров (для полукондукции LASERS - это ток. Через такой отрицательный цикл управления обратной связью относительная частотная фаза между двумя лазерными сигналами заблокирована на опорном микроволновом сигнале. Комбинированный оптический сигнал может затем передаваться через оптические волокна в фотоприемник в других местах и преобразован в микроволновый сигнал. Полученный фазовый шум микроволнового сигнала почти такой же, как и у эталонного сигнала в пределах полосы пропускания фазовой петли отрицательной обратной связи. Фазовый шум за пределами полосы пропускания равен относительному фазовому шуму первых двух неродственных лазеров.
Кроме того, эталонный источник микроволнового сигнала также может быть преобразован другими источниками сигнала с помощью частоты удвоения, частоты дивизора или другой частоты, так что микроволновый сигнал с более низкой частотой может быть многототежным или преобразованным в высокочастотные RF-сигналы.
По сравнению с блокировкой частоты впрыска может быть только удвоение частоты, петли с фазовыми блоками более гибки, могут производить почти произвольные частоты и, конечно, более сложные. Например, оптическая частотная комбинация, созданная фотоэлектрическим модулятором на рисунке 2, используется в качестве источника света, а оптическая фазовая петля используется для селективной блокировки частоты двух лазеров к двум оптическим комбинациям, а затем генерируют сигналы высокой частоты через два разницы, как показано на рис. N*FREP+F1+F2 может быть сгенерирован по частоте разности между двумя лазерами.
Рисунок 4. Схематическая схема генерирования произвольных частот с использованием оптических частотных расчесок и PLL.
3. Используйте импульсный лазер с режимом для преобразования оптического импульсного сигнала в микроволновый сигнал черезфотоприемник.
Основное преимущество этого метода заключается в том, что может быть получен сигнал с очень хорошей частотой и очень низкой фазовой шумом. Заблокировав частоту лазера к очень стабильному спектру атомного и молекулярного перехода, или чрезвычайно стабильной оптической полости, а также использование сдвига частоты частоты самообучения и других технологий, мы можем получить очень стабильный сигнал оптического пульса с очень стабильной частотой повторения, чтобы получить сигнал микровов с помощью сигнала Microwave с помощью шумовой фазовой фазовой. Рисунок 5.
Рисунок 5. Сравнение относительного фазового шума различных источников сигнала.
Однако, поскольку скорость повторения импульса обратно пропорциональна длине полости лазера, а традиционный лазер с закрепленным модом является большим, трудно получить высокочастотные микроволновые сигналы непосредственно. Кроме того, размер, вес и энергопотребление традиционных импульсных лазеров, а также суровые экологические требования ограничивают их в основном лабораторные применения. Чтобы преодолеть эти трудности, исследования недавно начались в Соединенных Штатах и Германии с использованием нелинейных эффектов для создания частотно-стабильных оптических расчесок в очень маленьких, высококачественных оптических полостях чирпа, которые, в свою очередь, генерируют высокочастотные микроволновые сигналы с низким содержанием нуля.
4. Opto Electronic Gscillator, рисунок 6.
Рисунок 6. Схематическая схема фотоэлектрического связанного генератора.
Одним из традиционных методов генерации микроволн или лазеров является использование замкнутого петли для самоотдачи, если увеличение в замкнутом петле больше, чем потери, самостоятельное колебание может производить микроволны или лазеры. Чем выше коэффициент качества Q замкнутого петля, тем меньше сгенерированная фаза сигнала или частотный шум. Чтобы увеличить коэффициент качества цикла, прямой способ состоит в том, чтобы увеличить длину петли и минимизировать потерю распространения. Тем не менее, более длинный цикл обычно может поддерживать генерацию нескольких режимов колебаний, и если добавляется фильтр узкополосной пропускной способности, можно получить одночастотный сигнал микроволнового колебания с низким шумом. Фотоэлектрический связанный осциллятор - это микроволновый источник сигнала, основанный на этой идее, он полностью использует характеристики низкого распространения волокна, используя более длинное волокно для улучшения значения Q, может создавать микроволновый сигнал с очень низким фазовым шумом. Поскольку метод был предложен в 1990 -х годах, этот тип осциллятора получил обширные исследования и значительную разработку, и в настоящее время существуют коммерческие фотоэлектрические связанные осцилляторы. Совсем недавно были разработаны фотоэлектрические осцилляторы, чьи частоты могут быть скорректированы в широком диапазоне. Основная проблема источников микроволновых сигналов, основанная на этой архитектуре, заключается в том, что цикл длинный, а шум в его свободном потоке (FSR) и его двойная частота будут значительно увеличены. Кроме того, используемые фотоэлектрические компоненты являются больше, стоимость высока, объем трудно уменьшить, а более длительное волокно более чувствительно к нарушению окружающей среды.
Вышеуказанное кратко представляет несколько методов генерации микроволновых сигналов фотоэлектрона, а также их преимущества и недостатки. Наконец, использование фотоэлектронов для получения микроволновой печи имеет еще одно преимущество, что оптическое сигнал может быть распределен через оптическое волокно с очень низким потерей, передачи на расстояние в каждый терминал использования и затем преобразован в микроволновые сигналы, а способность сопротивляться электромагнитным интерференциям значительно улучшена, чем традиционные электронные компоненты.
Написание этой статьи в основном предназначено для справки, и в сочетании с собственным опытом и опытом исследования и опытом в этой области, есть неточности и непостижимость, пожалуйста, поймите.
Время сообщения: январь-03-2024