Միկրոալիքային ազդանշանի ստեղծման ներկայիս իրավիճակը եւ թեժ կետերը միկրոալիքային օպտոէլեկտրոնիկայում

Միկրոալիքային օպտոէլեկտրոնիկա, ինչպես անունն է հուշում, միկրոալիքային վառարանի խաչմերուկն է եւօպտոէլեկտրոնիկաՄի շարք Միկրոալիքներն ու թեթեւ ալիքները էլեկտրամագնիսական ալիքներ են, եւ հաճախությունները շատ տարբեր կարգի են, եւ նրանց համապատասխան ոլորտներում զարգացած բաղադրիչներն ու տեխնոլոգիաները շատ տարբեր են: Համակցված լինելով, մենք կարող ենք օգտվել միմյանցից, բայց մենք կարող ենք ձեռք բերել նոր ծրագրեր եւ բնութագրեր, որոնք դժվար է համապատասխանաբար իրականացնել:

Օպտիկական հաղորդակցությունՄիկրոալիքների եւ ֆոտոէլեկտրալտրոնների համադրման հիմնական օրինակ է: Վաղ հեռախոսային եւ հեռագրական անլար հաղորդակցություն, սերունդ, տարածում եւ ազդանշանների ընդունում, բոլոր օգտագործված միկրոալիքային սարքեր: Սկզբնապես օգտագործվում են ցածր հաճախականության էլեկտրամագնիսական ալիքները, քանի որ հաճախականության միջակայքը փոքր է, եւ փոխանցման ալիքային կարողությունը փոքր է: Լուծումը փոխանցվող ազդանշանի հաճախականության բարձրացումն է, այնքան ավելի բարձր հաճախականությունը, այնքան ավելի սպեկտրային ռեսուրսներ: Բայց բարձր հաճախականության ազդանշանը օդի տարածման կորստի մեջ մեծ է, բայց նաեւ հեշտ է արգելափակվել խոչընդոտներով: Եթե ​​մալուխն օգտագործվում է, մալուխի կորուստը մեծ է, եւ հեռավորության վրա փոխանցումը խնդիր է: Օպտիկական մանրաթելային հաղորդակցության առաջացումը լավ լուծում է այս խնդիրների համար:Օպտիկական մանրաթելփոխանցման շատ ցածր կորուստ ունի եւ հիանալի փոխադրող է երկար հեռավորությունների վրա ազդանշաններ փոխանցելու համար: Լույսի ալիքների հաճախականության տեսականին շատ ավելի մեծ է, քան միկրոալիքային վառարանները եւ կարող է միաժամանակ փոխանցել բազմաթիվ տարբեր ալիքներ: Այս առավելությունների պատճառովՕպտիկական փոխանցում, օպտիկական մանրաթելային հաղորդակցությունը դարձել է այսօրվա տեղեկատվական փոխանցման ողնաշարը:
Օպտիկական հաղորդակցությունը երկար պատմություն ունի, հետազոտությունն ու դիմումը շատ ծավալուն եւ հասուն են, ահա ավելին ասելը: Այս հոդվածը հիմնականում ներկայացնում է միկրոալիքային օպտոէլեկտրոնիկայի նոր հետազոտական ​​բովանդակությունը վերջին տարիներին, բացառությամբ օպտիկական հաղորդակցությունից: Միկրոալիքային օպտոէլեկտրոնիկան հիմնականում օգտագործում է օպտոէլեկտրոնիկայի ոլորտում մեթոդներն ու տեխնոլոգիաները, քանի որ փոխադրողը բարելավելու եւ հասնելու համար իրականացվում է կատարողականի եւ կիրառման, որոնք դժվար է հասնել ավանդական միկրոալիքային էլեկտրոնային բաղադրիչներով: Դիմումի տեսանկյունից այն հիմնականում ներառում է հետեւյալ երեք ասպեկտները:
Առաջինը օպտոէլեկտրոնիկայի օգտագործումն է բարձրորակ, ցածր աղմուկի միկրոալիքային ազդանշաններ ստեղծելու համար, X-Band- ի ամբողջ ճանապարհը դեպի Thz Band- ը:
Երկրորդ, միկրոալիքային ազդանշանի մշակում: Ներառյալ հետաձգումը, զտումը, հաճախության փոխակերպումը, ստանալը եւ այլն:
Երրորդ, անալոգային ազդանշանների փոխանցումը:

Այս հոդվածում հեղինակը ներկայացնում է միայն առաջին մասը, միկրոալիքային ազդանշանի սերունդը: Ավանդական միկրոալիքային միլիմետր ալիքը հիմնականում ստեղծվում է III_V միկրոէլեկտրոնային բաղադրիչներով: Դրա սահմանափակումներն ունեն հետեւյալ կետերը. Նախ, բարձր հաճախականություններին, ինչպիսիք են 100ghz վերեւում, ավանդական միկրոէլեկտրոնիկան կարող է ավելի քիչ եւ պակաս ուժ արտադրել, որպեսզի ավելի բարձր հաճախականության ազդանշան: Երկրորդ, փուլային աղմուկը նվազեցնելու եւ հաճախականության կայունության բարելավման համար բնօրինակ սարքը պետք է տեղադրվի չափազանց ցածր ջերմաստիճանի միջավայրում: Երրորդ, դժվար է հասնել հաճախականության մոդուլյացիայի հաճախականության լայնքի լայն շրջանակի: Այս խնդիրները լուծելու համար օպտոէլեկտրոնային տեխնոլոգիան կարող է դեր ունենալ: Հիմնական մեթոդները նկարագրված են ստորեւ:

1. Երկու տարբեր հաճախականության լազերային ազդանշանների տարբերության միջոցով բարձր հաճախականության ֆոտոդետրեկտորը օգտագործվում է միկրոալիքային ազդանշաններ փոխարկելու համար, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում:

Գծապատկեր 1. Երկու տարբերության հաճախականությամբ ստեղծված միկրոավտոբուսների սխեմատիկ դիագրամլազերներ.

Այս մեթոդի առավելությունները պարզ կառույց են, կարող են առաջացնել չափազանց բարձր հաճախականության միլիմետր ալիք եւ նույնիսկ thz հաճախականության ազդանշան, եւ լազերային հաճախականությունը կարգավորելու միջոցով կարող է իրականացնել արագ հաճախականության փոխարկում: Անբարենպաստությունն այն է, որ երկու չկապված լազերային ազդանշանների կողմից առաջացած տարբերության հաճախականության ազդանշանի գծի կամ փուլային աղմուկը համեմատաբար մեծ է, եւ հաճախականության կայունությունը բարձր չէ, հատկապես, օգտագործվում է փոքր ծավալով, բայց մեծ գծի մեծ քանակությամբ լազեր (~ MHZ): Եթե ​​համակարգի քաշի ծավալի պահանջները բարձր չեն, կարող եք օգտագործել ցածր աղմուկ (~ khz) պինդ վիճակի լազերներ,Օպտիկամանրաթելային լազերներ, արտաքին խոռոչԿիսահաղորդչային լազերներԵվ այլն, բացի այդ, նույն լազերային խոռոչում առաջացած լազերային ազդանշանների երկու տարբեր եղանակներ կարող են օգտագործվել նաեւ տարբերության հաճախականության առաջացման համար, որպեսզի միկրոալիքային հաճախականության կայունության կատարումը մեծապես բարելավվի:

2. Խնդիրը լուծելու համար, որ նախորդ մեթոդի երկու լազերը անհամատեղելի են, եւ առաջացած ազդանշանային փուլը մեծապես մեծ է, երկու լազերների միջեւ համախմբվածությունը կարող է ձեռք բերել ներարկման հաճախականության փլուզման փլուզման եղանակով: Գծապատկեր 2-ը ցույց է տալիս ներարկման փակման բնորոշ կիրառումը `միկրոալիքային բազմապատկեր առաջացնելու համար (Նկար 2): Կենսաթոշակային լազերային ուղղակիորեն ներարկելով բարձր հաճախականության ազդանշաններ, կամ օգտագործելով Linbo3 փուլային մոդուլատոր, հավասար հաճախականության տարածքով տարբեր հաճախականությունների բազմակի օպտիկական ազդանշաններ կարող են առաջացնել կամ օպտիկական հաճախականության սանրվածքներ: Իհարկե, լայն սպեկտրի օպտիկական հաճախականության սանր ստանալու համար սովորաբար օգտագործվող մեթոդը ռեժիմի կողպեք լազերային օգտագործման համար: Ստեղծված օպտիկական հաճախականության սանրի երկու սանրի ազդանշաններն ընտրվում են համապատասխանաբար զտելով եւ ներարկելով լազերային 1 եւ 2 լազերային, համապատասխանաբար իրականացնելու հաճախականության եւ փուլային փական: Որովհետեւ օպտիկական հաճախականության սանրի տարբեր սանր ազդանշանների միջեւ փուլը համեմատաբար կայուն է, այնպես որ երկու լազերների միջեւ հարաբերական փուլը կայուն է, իսկ հետո, ինչպես նկարագրված է, օպտիկական հաճախականության սանրի կրկնության տոկոսադրույքի միկրոավտյան հաճախականության միկրոավտեության քանակը:

Գծապատկեր 2. Միկրոալիքային հաճախականության կրկնապատկման սխեմատիկ դիագրամը, որը ստեղծվում է ներարկման հաճախականության կողպման միջոցով:
Երկու լազերների հարաբերական փուլային աղմուկը նվազեցնելու եւս մեկ միջոց է բացասական արձագանքների օպտիկական փլու օգտագործումը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում:

Գծապատկեր 3. OPL- ի սխեմատիկ դիագրամ:

Օպտիկական PLL- ի սկզբունքը նման է PLL- ին էլեկտրոնիկայի ոլորտում: Երկու լազերների փուլը վերածվում է էլեկտրական ազդանշանի ֆոտոդետրեկտորի միջոցով (համարժեք փուլային դետեկտոր), այնուհետեւ երկու լազերների միջեւ ընկած ժամանակահատվածը ձեռք է բերվում լազերային ազդանշանային աղբյուրի համար: Հետադարձ կապի վերահսկման այսպիսի հանգույցի միջոցով երկու լազերային ազդանշանների միջեւ հարաբերական հաճախականության փուլը արգելափակված է հղման միկրոալիքային ազդանշան: Համակցված օպտիկական ազդանշանը այնուհետեւ կարող է օպտիկական մանրաթելերի միջոցով փոխանցվել այլընտրանքային ցանկացած տեղ եւ վերածվել միկրոալիքային ազդանշանի: Միկրոալիքային ազդանշանի արդյունքում ստացված փուլը գրեթե նույնն է, ինչ հղումային ազդանշանի այն փուլում `փակելով բացասական արձագանքների հանգույցի թողունակության շրջանակներում: Թողությունից դուրս գտնվող փուլը հավասար է բնօրինակ երկու չկապված լազերների հարաբերական փուլին:
Բացի այդ, հղման միկրոալիքային ազդանշանի աղբյուրը կարող է փոխարկվել նաեւ ազդանշանային այլ աղբյուրների միջոցով հաճախականության կրկնապատկման, բաժանարար հաճախականության կամ այլ հաճախականության մշակման միջոցով, որպեսզի ավելի ցածր հաճախականության ազդանշան լինի, կամ փոխարկվում է բարձր հաճախականության ՌԴ,
Հաճախակի հաճախության կողպման համեմատությունը կարող է ձեռք բերել միայն հաճախականության կրկնապատկումը, փուլային փակված օղակները ավելի ճկուն են, կարող են արտադրել գրեթե կամայական հաճախականություններ, եւ, իհարկե, ավելի բարդ: Օրինակ, ֆոտոէլեկտրական մոդուլատորի կողմից ֆոտոէլեկտրական մոդուլատորի կողմից ստացված օպտիկական հաճախականության սանրը օգտագործվում է որպես լույսի աղբյուր, եւ օպտիկական փուլային փակված հանգույցը օգտագործվում է երկու լազերների հաճախականության հաճախականության համար, ինչպես ցույց է տրված «F1» - ը N * FREP + F1 + F2- ը կարող է առաջանալ երկու լազերների միջեւ տարբերության հաճախականությամբ:

Գծապատկեր 4. Օպտիկական հաճախականության սանրվածքների եւ PLLS- ի օգտագործմամբ կամայական հաճախականությունների ստեղծման սխեմատիկ դիագրամ:

3. Օգտագործեք Mode Lock Pulse LASER- ը `օպտիկական զարկերակային ազդանշանը միկրոալիքային ազդանշանի վերածելու համարֆոտոդետրեկտոր.

Այս մեթոդի հիմնական առավելությունն այն է, որ կարելի է ստանալ շատ լավ հաճախականության կայունություն եւ շատ ցածր փուլային աղմուկ: Լազերային հաճախականությունը `շատ կայուն ատոմային եւ մոլեկուլային անցումային սպեկտրի կամ չափազանց կայուն օպտիկական խոռոչի եւ ինքնավստահության հաճախականության վերացման համակարգի հաճախականության հերթափոխի եւ այլ տեխնոլոգիաների օգտագործմամբ, մենք կարող ենք ձեռք բերել շատ կայունության ֆազային աղմուկով: Գծապատկեր 5.

Գծապատկեր 5: Ազդանշանի տարբեր աղբյուրների համեմատական ​​փուլային աղմուկի համեմատություն:

Այնուամենայնիվ, քանի որ զարկերակային կրկնության արագությունը հակադարձում է լազերային խոռոչի երկարությունը, եւ ավանդական ռեժիմի փակված լազերը մեծ է, դժվար է ուղղակիորեն բարձր հաճախականության միկրոալիքային ազդանշաններ ստանալ: Բացի այդ, ավանդական իմպուլսային լազերների չափը, քաշը եւ էներգիան սպառումը, ինչպես նաեւ բնապահպանական կոշտ պահանջները սահմանափակում են հիմնականում լաբորատոր դիմումները: Այս դժվարությունները հաղթահարելու համար վերջերս կատարված հետազոտությունները սկսվել են ԱՄՆ-ում եւ Գերմանիայում `օգտագործելով ոչ գծային էֆեկտներ` շատ փոքր, բարձրորակ CHIR- ի ռեժիմի օպտիկական խոռոչներ ստեղծելու համար, որն իր հերթին առաջացնում է բարձր հաճախականությամբ ցածր աղմուկի միկրոալիքային ազդանշաններ:

4. Օպտո էլեկտրոնային տատանում, Նկար 6:

Գծապատկեր 6. ֆոտոէլեկտրական զուգակցված օսիլատորի սխեմատիկ դիագրամ:

Միկրոալիքային վառարաններ կամ լազերներ արտադրելու ավանդական մեթոդներից մեկը ինքնուրույն արձագանքների փակ օղակն օգտագործելն է, քանի դեռ փակ հանգույցի շահույթը մեծ է, քան կորուստը, ինքնուրույն հուզված տատանումները կարող են արտադրել միկրոալիքային կամ լազերներ: Որքան բարձր է փակ հանգույցի որակի գործոնը, այնքան փոքր է առաջացած ազդանշանային փուլը կամ հաճախականության աղմուկը: Հանգույցի որակի գործոնը բարձրացնելու համար ուղիղ ճանապարհը հանգույցի երկարությունը բարձրացնելն է եւ նվազագույնի հասցնել տարածման կորուստը: Այնուամենայնիվ, ավելի երկար հանգույց սովորաբար կարող է աջակցել տատանումների բազմակի ռեժիմների սերունդ, եւ եթե կարճ թողունակության ֆիլտրը ավելացվի, կարելի է ձեռք բերել մեկ հաճախականության ցածր աղմուկի միկրոալիքային տատանման ազդանշան: Ֆոտոէլեկտրական զուգակցված օսկիլատորը միկրոալիքային ազդանշանային աղբյուր է այս գաղափարի հիման վրա, այն լիարժեք օգտագործում է մանրաթելերի ցածր տարածման կորստի բնութագրերը, Loop Q արժեքը բարելավելու համար ավելի երկար մանրաթելը կարող է առաջացնել միկրոալիքային ազդանշան: Քանի որ մեթոդը առաջարկվել է 1990-ականներին, այս տիպի տատանումները ստացել են լայնածավալ հետազոտություններ եւ զգալի զարգացում, եւ ներկայումս կան առեւտրային ֆոտոէլեկտրական զուգակցված տատանումներ: Վերջերս, ֆոտոէլեկտրական օսիլատորներ, որոնց հաճախությունները կարող են ճշգրտվել լայն տեսականիով: Այս ճարտարապետության հիման վրա միկրոալիքային ազդանշանի աղբյուրների հիմնական խնդիրն այն է, որ հանգույցը երկար է, եւ նրա ազատ հոսքի աղմուկը (FSR) եւ դրա կրկնակի հաճախականությունը զգալիորեն կավելանան: Բացի այդ, օգտագործված ֆոտոէլեկտրական բաղադրիչներն ավելի շատ են, ծախսը բարձր է, ծավալը դժվար է նվազեցնել, իսկ ավելի երկար մանրաթելը ավելի զգայուն է շրջակա միջավայրի խանգարման նկատմամբ:

Վերոնշյալը հակիրճ ներկայացնում է միկրոալիքային վառարանների ազդանշանների ֆոտոէլեկտրոնային սերնդի մի քանի մեթոդներ, ինչպես նաեւ դրանց առավելություններն ու թերությունները: Վերջապես, ֆոտոէլեկտրոնների օգտագործումը միկրոալիքային վառարան արտադրելու համար եւս մեկ առավելություն ունի այն է, որ օպտիկական ազդանշանը կարող է բաշխվել օպտիկական մանրաթելի միջոցով `յուրաքանչյուր օգտագործման տերմինալում, իսկ էլեկտրամագնիսական միջամտությունը դիմակայելու ունակությունը:
Այս հոդվածի գրությունը հիմնականում հղման համար է, եւ համակցված է հեղինակի սեփական հետազոտական ​​փորձի եւ այս ոլորտում փորձի հետ, կան անճշտություններ եւ անհասկանալիություն, խնդրում ենք հասկանալ: