በማይክሮዌቭ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ ውስጥ የማይክሮዌቭ ምልክት ማመንጨት ወቅታዊ ሁኔታ እና ትኩስ ቦታዎች

ማይክሮዌቭ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ, ስሙ እንደሚያመለክተው ማይክሮዌቭ እና መገናኛ ነውኦፕቶኤሌክትሮኒክስ.ማይክሮዌቭ እና የብርሃን ሞገዶች የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች ናቸው, እና ድግግሞሾቹ ብዙ ቅደም ተከተሎች የተለያዩ ናቸው, እና በየመስካቸው የተገነቡ ክፍሎች እና ቴክኖሎጂዎች በጣም የተለያዩ ናቸው.በጥምረት, እርስ በርስ መጠቀሚያ ማድረግ እንችላለን, ነገር ግን በቅደም ተከተል ለመገንዘብ አስቸጋሪ የሆኑ አዳዲስ አፕሊኬሽኖችን እና ባህሪያትን ማግኘት እንችላለን.

የጨረር ግንኙነትየማይክሮዌቭ እና የፎቶ ኤሌክትሮኖች ጥምረት ዋና ምሳሌ ነው።ቀደምት የቴሌፎን እና የቴሌግራፍ ገመድ አልባ ግንኙነቶች፣ ምልክቶችን ማመንጨት፣ ማሰራጨት እና መቀበል፣ ሁሉም ያገለገሉ ማይክሮዌቭ መሳሪያዎች።ዝቅተኛ ድግግሞሽ ኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች መጀመሪያ ላይ ጥቅም ላይ የሚውሉት የድግግሞሽ መጠን አነስተኛ ስለሆነ እና የቻናል ማስተላለፊያ አቅም አነስተኛ ስለሆነ ነው.መፍትሄው የተላለፈውን ምልክት ድግግሞሽ መጨመር, ድግግሞሹን ከፍ ባለ መጠን, ብዙ የስፔክትረም ሀብቶች.ነገር ግን በአየር ማራዘሚያ ኪሳራ ውስጥ ያለው ከፍተኛ ድግግሞሽ ምልክት ትልቅ ነው, ነገር ግን በእንቅፋቶች ለመታገድ ቀላል ነው.ገመዱ ጥቅም ላይ ከዋለ የኬብሉ መጥፋት ትልቅ ነው, እና የረጅም ርቀት ስርጭት ችግር ነው.የኦፕቲካል ፋይበር ግንኙነት ብቅ ማለት ለእነዚህ ችግሮች ጥሩ መፍትሄ ነው.ኦፕቲካል ፋይበርበጣም ዝቅተኛ የማስተላለፊያ ኪሳራ አለው እና በረዥም ርቀት ላይ ምልክቶችን ለማስተላለፍ በጣም ጥሩ አጓጓዥ ነው።የብርሃን ሞገዶች የድግግሞሽ መጠን ከማይክሮዌቭ በጣም የሚበልጥ እና ብዙ የተለያዩ ቻናሎችን በአንድ ጊዜ ማስተላለፍ ይችላል።በነዚህ ጥቅሞች ምክንያትየጨረር ስርጭት፣ የኦፕቲካል ፋይበር ኮሙኒኬሽን ዛሬ የመረጃ ስርጭት የጀርባ አጥንት ሆኗል።
የኦፕቲካል ግንኙነት ረጅም ታሪክ አለው, ምርምር እና አተገባበር በጣም ሰፊ እና ጎልማሳ ናቸው, እዚህ ብዙ ማለት አይደለም.ይህ ጽሑፍ በዋናነት በቅርብ ዓመታት ውስጥ ማይክሮዌቭ ኦፕቲካል ኤሌክትሮኒክስ አዲስ የምርምር ይዘትን ከኦፕቲካል ግንኙነት ውጭ ያስተዋውቃል.ማይክሮዌቭ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ በባህላዊ ማይክሮዌቭ ኤሌክትሮኒካዊ ክፍሎች ለመድረስ አስቸጋሪ የሆኑትን አፈፃፀም እና አተገባበር ለማሻሻል እና ለማሳካት በዋናነት በኦፕቶኤሌክትሮኒክስ መስክ ውስጥ ያሉትን ዘዴዎች እና ቴክኖሎጂዎች እንደ ተሸካሚ ይጠቀማል።ከትግበራው አንፃር በዋናነት የሚከተሉትን ሶስት ገጽታዎች ያካትታል።
የመጀመሪያው ከኤክስ ባንድ እስከ THz ባንድ ድረስ ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸውን ዝቅተኛ ድምፅ የማይክሮዌቭ ምልክቶችን ለመፍጠር ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ መጠቀም ነው።
ሁለተኛ, የማይክሮዌቭ ሲግናል ሂደት.መዘግየት፣ ማጣራት፣ ድግግሞሽ መቀየር፣ መቀበል እና የመሳሰሉትን ጨምሮ።
ሦስተኛ, የአናሎግ ምልክቶችን ማስተላለፍ.

በዚህ ጽሑፍ ውስጥ ደራሲው የመጀመሪያውን ክፍል ብቻ ያስተዋውቃል, የማይክሮዌቭ ምልክት ማመንጨት.ባህላዊ ማይክሮዌቭ ሚሊሜትር ሞገድ በዋነኝነት የሚመነጨው iii_V በማይክሮ ኤሌክትሮኒክስ ክፍሎች ነው።የእሱ ውሱንነቶች የሚከተሉት ነጥቦች አሉት፡ በመጀመሪያ፣ እንደ 100GHz በላይ ባሉ ከፍተኛ ፍጥነቶች፣ ተለምዷዊ ማይክሮኤሌክትሮኒክስ አነስተኛ እና አነስተኛ ሃይል ሊያመነጭ ይችላል፣ ወደ ከፍተኛ ድግግሞሽ THz ሲግናል፣ ምንም ማድረግ አይችሉም።ሁለተኛ፣ የደረጃ ድምፅን ለመቀነስ እና የድግግሞሽ መረጋጋትን ለማሻሻል ዋናውን መሳሪያ እጅግ በጣም ዝቅተኛ በሆነ የሙቀት መጠን ውስጥ ማስቀመጥ ያስፈልጋል።ሦስተኛ፣ ሰፋ ያለ የድግግሞሽ ማስተካከያ ድግግሞሽ ልወጣ ለማግኘት አስቸጋሪ ነው።እነዚህን ችግሮች ለመፍታት የ optoelectronic ቴክኖሎጂ ሚና መጫወት ይችላል።ዋናዎቹ ዘዴዎች ከዚህ በታች ተብራርተዋል.

1. በሁለት የተለያዩ ፍሪኩዌንሲ ሌዘር ሲግናሎች ልዩነት ድግግሞሽ፣ በስእል 1 እንደሚታየው የማይክሮዌቭ ሲግናሎችን ለመቀየር ከፍተኛ ድግግሞሽ ያለው የፎቶ ዳሳሽ ጥቅም ላይ ይውላል።

ምስል 1. በሁለት ልዩነት ድግግሞሽ የመነጨ ማይክሮዌቭ ስዕላዊ መግለጫሌዘር.

የዚህ ዘዴ ጥቅሞች ቀላል መዋቅር ናቸው, እጅግ በጣም ከፍተኛ ድግግሞሽ ሚሊሜትር ሞገድ እና የ THz ድግግሞሽ ምልክት እንኳን ሊያመነጭ ይችላል, እና የሌዘር ድግግሞሽን በማስተካከል ብዙ ፈጣን ድግግሞሽ ልወጣ, የመጥረግ ድግግሞሽ ማካሄድ ይችላል.ጉዳቱ በሁለት የማይገናኙ የሌዘር ሲግናሎች የሚፈጠረው የልዩነት ፍሪኩዌንሲ ምልክት የመስመሮች ወይም የደረጃ ጫጫታ በአንጻራዊነት ትልቅ ሲሆን የፍሪኩዌንሲው መረጋጋት ከፍተኛ አይደለም በተለይም ሴሚኮንዳክተር ሌዘር በትንሽ መጠን ግን ትልቅ የመስመሮች ስፋት (~MHz) ከሆነ። ተጠቅሟል።የስርዓት ክብደት መስፈርቶች ከፍተኛ ካልሆኑ ዝቅተኛ ድምጽ (~ kHz) ጠንካራ-ግዛት ሌዘር መጠቀም ይችላሉ፣ፋይበር ሌዘር, ውጫዊ ክፍተትሴሚኮንዳክተር ሌዘር, ወዘተ በተጨማሪ, ማይክሮዌቭ ድግግሞሽ መረጋጋት አፈጻጸም በእጅጉ የተሻሻለ ነው ስለዚህም, በተመሳሳይ የሌዘር አቅልጠው ውስጥ የመነጩ የሌዘር ምልክቶች ሁለት የተለያዩ ሁነታዎች ደግሞ ልዩነት ድግግሞሽ ለማመንጨት ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል.

2. በቀድሞው ዘዴ ውስጥ ያሉት ሁለቱ ሌዘር የማይጣጣሙ እና የሚፈጠረው የሲግናል ምዕራፍ ጫጫታ በጣም ትልቅ ነው የሚለውን ችግር ለመፍታት በሁለቱ ሌዘር መካከል ያለው ትስስር በክትባት ፍሪኩዌንሲ መቆለፍ ምዕራፍ መቆለፍ ዘዴ ወይም በአሉታዊ ግብረ መልስ ደረጃ ማግኘት ይቻላል። የመቆለፊያ ወረዳ.ምስል 2 ማይክሮዌቭ ብዜቶችን ለማመንጨት የተለመደ የክትባት መቆለፍን ያሳያል (ምስል 2).የከፍተኛ ፍሪኩዌንሲ ምልክቶችን በቀጥታ ወደ ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ውስጥ በማስገባት ወይም በሊንቦ3-ደረጃ ሞዱላተር በመጠቀም የተለያዩ ድግግሞሾችን እኩል ድግግሞሽ ያላቸው በርካታ የኦፕቲካል ምልክቶችን መፍጠር ወይም የኦፕቲካል ፍሪኩዌንሲ ማበጠሪያዎች ሊፈጠሩ ይችላሉ።እርግጥ ነው፣ ሰፊ ስፔክትረም ኦፕቲካል ፍሪኩዌንሲ ማበጠሪያ ለማግኘት በብዛት ጥቅም ላይ የሚውለው ሞድ የተቆለፈ ሌዘር መጠቀም ነው።በተፈጠረው የኦፕቲካል ፍሪኩዌንሲ ማበጠሪያ ውስጥ ያሉት ማንኛቸውም ሁለት ማበጠሪያ ምልክቶች በሌዘር 1 እና 2 ውስጥ በቅደም ተከተል ድግግሞሾችን እና የደረጃ መቆለፍን ለመገንዘብ በማጣራት ተመርጠዋል።የጨረር ፍሪኩዌንሲ ማበጠሪያ የተለያዩ ማበጠሪያ ምልክቶች መካከል ያለውን ደረጃ በአንጻራዊ ሁኔታ የተረጋጋ ነው, ስለዚህም በሁለቱ ሌዘር መካከል ያለውን አንጻራዊ ዙር የተረጋጋ ነው, እና ከዚያ በፊት እንደተገለጸው ልዩነት ድግግሞሽ ዘዴ በማድረግ, የብዝሃ እጥፍ ድግግሞሽ ማይክሮዌቭ ሲግናል. የጨረር ድግግሞሽ ማበጠሪያ ድግግሞሽ መጠን ሊገኝ ይችላል.

ምስል 2. በመርፌ ፍሪኩዌንሲ መቆለፍ የሚመነጨው የማይክሮዌቭ ድግግሞሽ ድርብ ምልክት ንድፍ።
የሁለቱን ሌዘር አንጻራዊ የደረጃ ጫጫታ ለመቀነስ ሌላኛው መንገድ በስእል 3 እንደሚታየው አሉታዊ ግብረ መልስ ኦፕቲካል PLL መጠቀም ነው።

ምስል 3. የ OPL ንድፍ ንድፍ.

የኦፕቲካል PLL መርህ በኤሌክትሮኒክስ መስክ ከ PLL ጋር ተመሳሳይ ነው.የሁለቱ ሌዘር የደረጃ ልዩነት በፎቶ ዳሰተር (ከፋይል ዳሳሽ ጋር እኩል) ወደ ኤሌክትሪክ ሲግናል ይቀየራል፣ ከዚያም በሁለቱ ሌዘር መካከል ያለው የደረጃ ልዩነት የሚገኘው በማጣቀሻ ማይክሮዌቭ ሲግናል ምንጭ ልዩነትን በመፍጠር ነው። እና ተጣርቶ ከዚያም ወደ አንዱ ሌዘር ድግግሞሽ መቆጣጠሪያ ክፍል (ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ለ, ይህ መርፌ የአሁኑ ነው) ተመልሷል.በእንደዚህ ዓይነት አሉታዊ ግብረመልስ መቆጣጠሪያ ዑደት በሁለቱ የሌዘር ምልክቶች መካከል ያለው አንጻራዊ ድግግሞሽ ደረጃ በማጣቀሻ ማይክሮዌቭ ምልክት ላይ ተቆልፏል።የተቀናጀው የኦፕቲካል ምልክት በኦፕቲካል ፋይበር ወደ ሌላ ቦታ የፎቶ ዳሳሽ ሊተላለፍ እና ወደ ማይክሮዌቭ ሲግናል መቀየር ይችላል።የሚፈጠረው የማይክሮዌቭ ሲግናል ጫጫታ በደረጃ በተቆለፈው አሉታዊ ግብረመልስ ባንድዊድዝ ውስጥ ካለው የማጣቀሻ ምልክት ጋር ተመሳሳይ ነው።ከመተላለፊያው ውጭ ያለው የደረጃ ጫጫታ ከመጀመሪያዎቹ ሁለት የማይዛመዱ ሌዘር አንጻራዊ የደረጃ ጫጫታ ጋር እኩል ነው።
በተጨማሪም የማመሳከሪያው ማይክሮዌቭ ሲግናል ምንጭ በሌሎች የምልክት ምንጮች በድግግሞሽ በእጥፍ፣ በአከፋፋይ ድግግሞሽ ወይም በሌላ ፍሪኩዌንሲ ሂደት ሊቀየር ይችላል፣ ስለዚህም የታችኛው ፍሪኩዌንሲ ማይክሮዌቭ ሲግናል እጥፍ ድርብ ሊሆን ይችላል ወይም ወደ ከፍተኛ ድግግሞሽ RF፣ THz ሲግናሎች ይቀየራል።
ከመርፌ ፍሪኩዌንሲ መቆለፍ ድግግሞሽ በእጥፍ ብቻ ሊገኝ ይችላል፣ በደረጃ የተቆለፉ ዑደቶች የበለጠ ተለዋዋጭ ናቸው፣ የዘፈቀደ ድግግሞሾችን ሊፈጥሩ ይችላሉ እና በእርግጥ የበለጠ ውስብስብ ናቸው።ለምሳሌ በስእል 2 በፎቶ ኤሌክትሪክ ሞዱላተር የሚፈጠረው የጨረር ፍሪኩዌንሲ ማበጠሪያ እንደ ብርሃን ምንጭ ጥቅም ላይ ይውላል፣ እና የኦፕቲካል ፋዝ-የተቆለፈ ሉፕ የሁለቱን ሌዘር ድግግሞሽ ወደ ሁለቱ የጨረር ማበጠሪያ ምልክቶች ለመቆለፍ እና ከዚያም ለማመንጨት ይጠቅማል። በስእል 4 ላይ እንደሚታየው ከፍተኛ-ድግግሞሽ ምልክቶች በልዩነት ድግግሞሽ። f1 እና f2 የሁለቱ PLLS የማጣቀሻ ሲግናል ድግግሞሾች እንደቅደም ተከተላቸው እና የ N*frep+f1+f2 ማይክሮዌቭ ሲግናል በመካከላቸው ባለው ልዩነት ድግግሞሽ ሊፈጠር ይችላል። ሁለት ሌዘር.

ምስል 4. የኦፕቲካል ፍሪኩዌንሲ ማበጠሪያዎችን እና PLLSን በመጠቀም የዘፈቀደ ድግግሞሾችን የማመንጨት ስዕላዊ መግለጫ።

3. የoptical pulse ምልክትን ወደ ማይክሮዌቭ ሲግናል ለመቀየር በሞድ የተቆለፈ የ pulse laser ይጠቀሙፎቶ ዳሳሽ.

የዚህ ዘዴ ዋነኛው ጠቀሜታ በጣም ጥሩ የድግግሞሽ መረጋጋት እና በጣም ዝቅተኛ ደረጃ ድምጽ ያለው ምልክት ሊገኝ ይችላል.የሌዘርን ድግግሞሽ ወደ በጣም የተረጋጋ የአቶሚክ እና ሞለኪውላር ሽግግር ስፔክትረም ወይም እጅግ በጣም የተረጋጋ የጨረር ክፍተት በመቆለፍ እና በራስ-እጥፍ ድግግሞሽ ማስወገጃ ስርዓት ፍሪኩዌንሲ ፈረቃ እና ሌሎች ቴክኖሎጂዎችን በመጠቀም በጣም የተረጋጋ የኦፕቲካል ምት ምልክት በ እጅግ በጣም ዝቅተኛ የደረጃ ጫጫታ ያለው የማይክሮዌቭ ምልክት ለማግኘት በጣም የተረጋጋ ድግግሞሽ ድግግሞሽ።ምስል 5.

ምስል 5. የተለያየ የምልክት ምንጮች አንጻራዊ ደረጃ ጫጫታ ማወዳደር.

ነገር ግን የ pulse ድግግሞሹ ፍጥነት ከጨረር ክፍተት ርዝመት ጋር በተገላቢጦሽ ስለሚመጣጠን እና ባህላዊው ሞድ-የተቆለፈ ሌዘር ትልቅ ስለሆነ ከፍተኛ ድግግሞሽ የማይክሮዌቭ ምልክቶችን በቀጥታ ማግኘት አስቸጋሪ ነው።በተጨማሪም, መጠን, ክብደት እና ባህላዊ pulsed ሌዘር ያለውን የኃይል ፍጆታ, እንዲሁም ከባድ የአካባቢ መስፈርቶች, ያላቸውን በዋነኝነት የላብራቶሪ መተግበሪያ ይገድባል.እነዚህን ችግሮች ለመቅረፍ በዩናይትድ ስቴትስ እና በጀርመን ያልተለመዱ ተፅእኖዎችን በመጠቀም ድግግሞሹን የተረጋጋ የኦፕቲካል ማበጠሪያዎችን በጣም ትንሽ እና ከፍተኛ ጥራት ባለው ቺርፕ ሞድ ኦፕቲካል ክፍተቶች ውስጥ ለማምረት ምርምር ተጀምሯል ፣ ይህ ደግሞ ከፍተኛ ድግግሞሽ ዝቅተኛ ድምጽ የማይክሮዌቭ ምልክቶችን ይፈጥራል።

4. ኦፕቶ ኤሌክትሮኒካዊ oscillator, ምስል 6.

ምስል 6. የፎቶ ኤሌክትሪክ ጥምር oscillator ንድፍ ንድፍ.

ማይክሮዌቭ ወይም ሌዘር ለማምረት ከባህላዊ ዘዴዎች አንዱ ራስን ግብረመልስ የተዘጋ ሉፕ መጠቀም ነው, በተዘጋው ዑደት ውስጥ ያለው ትርፍ ከኪሳራ በላይ እስከሆነ ድረስ, በራስ ተነሳሽነት ያለው ማወዛወዝ ማይክሮዌቭ ወይም ሌዘር ማምረት ይችላል.የተዘጋው ዑደት የጥራት ምክንያት Q ከፍ ባለ መጠን የተፈጠረው የሲግናል ደረጃ ወይም የድግግሞሽ ጫጫታ አነስተኛ ይሆናል።የሉፕውን የጥራት ሁኔታ ለመጨመር ቀጥተኛ መንገድ የሉፕ ርዝመትን ለመጨመር እና የስርጭት ኪሳራውን ለመቀነስ ነው.ይሁን እንጂ ረዘም ያለ ሉፕ አብዛኛውን ጊዜ በርካታ የመወዛወዝ ዘዴዎችን መፈጠርን ሊደግፍ ይችላል, እና ጠባብ-ባንድዊድድ ማጣሪያ ከተጨመረ, ነጠላ ድግግሞሽ ዝቅተኛ ድምጽ ማይክሮዌቭ ማወዛወዝ ምልክት ማግኘት ይቻላል.Photoelectric ጥንድ oscillator በዚህ ሃሳብ ላይ የተመሠረተ የማይክሮዌቭ ሲግናል ምንጭ ነው, የፋይበር ያለውን ዝቅተኛ ስርጭት ኪሳራ ባህሪያት ሙሉ በሙሉ ይጠቀማል, ረጅም ፋይበር በመጠቀም loop Q ዋጋ ለማሻሻል, በጣም ዝቅተኛ ደረጃ ጫጫታ ጋር ማይክሮዌቭ ሲግናል ለማምረት ይችላል.ዘዴው በ 1990 ዎቹ ውስጥ ታቅዶ ስለነበረ, የዚህ አይነት oscillator ሰፊ ምርምር እና ከፍተኛ እድገት አግኝቷል, እና በአሁኑ ጊዜ የንግድ የፎቶ ኤሌክትሪክ ጥምር ኦስሲሊተሮች አሉ.ከቅርብ ጊዜ ወዲህ፣ ድግግሞሾቹ በስፋት የሚስተካከሉበት የፎቶ ኤሌክትሪክ ማወዛወዝ ተዘጋጅቷል።በዚህ አርክቴክቸር ላይ የተመሰረተው የማይክሮዌቭ ሲግናል ምንጮች ዋናው ችግር ዑደቱ ረጅም ነው፣ እና በነፃ ፍሰቱ (ኤፍኤስአር) ውስጥ ያለው ጫጫታ እና ድርብ ድግግሞሽ በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል።በተጨማሪም, ጥቅም ላይ የዋሉ የፎቶ ኤሌክትሪክ ክፍሎች የበለጠ ናቸው, ዋጋው ከፍተኛ ነው, መጠኑን ለመቀነስ አስቸጋሪ ነው, እና ረዘም ያለ ፋይበር ለአካባቢያዊ ብጥብጥ የበለጠ ተጋላጭ ነው.

ከላይ ያለው ማይክሮዌቭ ምልክቶችን የፎቶኤሌክትሮን የማመንጨት ዘዴዎችን እንዲሁም ጥቅሞቻቸውን እና ጉዳቶቻቸውን በአጭሩ ያስተዋውቃል።በመጨረሻም የፎቶ ኤሌክትሮኖችን ማይክሮዌቭ ለማምረት መጠቀሙ ሌላ ጥቅም አለው የኦፕቲካል ሲግናል በኦፕቲካል ፋይበር በኩል በጣም ዝቅተኛ ኪሳራ፣ የርቀት ስርጭት ወደ እያንዳንዱ መጠቀሚያ ተርሚናል እና ከዚያም ወደ ማይክሮዌቭ ሲግናሎች በመቀየር እና ኤሌክትሮማግኔቲክን የመቋቋም ችሎታ ነው። ከተለምዷዊ የኤሌክትሮኒክስ አካላት ይልቅ ጣልቃገብነት በእጅጉ ይሻሻላል.
የዚህ ጽሑፍ አጻጻፍ በዋናነት ለማጣቀሻ ነው፡ እና ደራሲው በዚህ ዘርፍ ካካበቱት የምርምር ልምድ እና ልምድ ጋር ተዳምሮ የተሳሳቱ እና ያልተጨበጡ ነገሮች አሉ፤ እባክዎን ይረዱ።