마이크로파 광 전자 공학이름에서 알 수 있듯이 전자 레인지의 교차점과광전자. 전자 레인지와 광파는 전자기파이며 주파수는 많은 순서가 다르며 각 분야에서 개발 된 구성 요소와 기술은 매우 다릅니다. 결합하여 우리는 서로를 활용할 수 있지만 각각 실현하기 어려운 새로운 응용 프로그램과 특성을 얻을 수 있습니다.
광학 통신전자 레인지와 광전자의 조합의 대표적인 예입니다. 초기 전화 및 전신 무선 통신, 신호의 생성, 전파 및 수신, 모두 사용 된 전자 레인지 장치. 저주파 전자기파는 주파수 범위가 작고 전송의 채널 용량이 작기 때문에 처음에는 사용됩니다. 솔루션은 전송 된 신호의 주파수를 높일수록 주파수가 높을수록 스펙트럼 자원이 많습니다. 그러나 공기 전파 손실의 고주파 신호는 크지 만 장애물에 의해 쉽게 차단할 수 있습니다. 케이블을 사용하면 케이블의 손실이 크고 장거리 변속기가 문제가됩니다. 광섬유 통신의 출현은 이러한 문제에 대한 좋은 해결책입니다.광섬유전송 손실이 매우 낮고 장거리에 걸쳐 신호를 전송하기위한 우수한 캐리어입니다. 광파의 주파수 범위는 전자 레인지의 주파수 범위보다 훨씬 크며 많은 다른 채널을 동시에 전송할 수 있습니다. 이러한 장점 때문에광학 전송, 광섬유 통신은 오늘날의 정보 전송의 중추가되었습니다.
광학 통신은 오랜 역사를 가지고 있으며 연구 및 응용 프로그램은 매우 광범위하고 성숙합니다. 여기에 더 이상 말할 수 없습니다. 이 논문은 주로 광학 통신 이외의 다른 수년 동안 마이크로파 광 전자 공학의 새로운 연구 내용을 소개합니다. 마이크로파 광 전자 공학은 주로 광전자 분야의 분야의 방법과 기술을 캐리어로 사용하여 전통적인 전자 레인지 전자 부품으로 달성하기 어려운 성능 및 응용 프로그램을 개선하고 달성합니다. 응용 프로그램의 관점에서 주로 다음 세 가지 측면이 포함됩니다.
첫 번째는 X- 밴드에서 THZ 대역까지 고성능 저음 전자 레인지 신호를 생성하기 위해 광전자를 사용하는 것입니다.
둘째, 마이크로파 신호 처리. 지연, 필터링, 주파수 변환, 수신 등을 포함합니다.
셋째, 아날로그 신호의 전송.
이 기사에서 저자는 첫 번째 부분 인 마이크로파 신호의 생성 만 소개합니다. 전통적인 마이크로파 밀리미터 파는 주로 III_V 마이크로 전자 성분에 의해 생성됩니다. 그 제한 사항은 다음과 같은 점이 있습니다. 첫째, 100Ghz와 같은 고주파수에서 전통적인 마이크로 전자 공학은 더 높은 주파수 THZ 신호에 전력을 덜 생성 할 수 있으므로 아무것도 할 수 없습니다. 둘째, 위상 노이즈를 줄이고 주파수 안정성을 향상 시키려면 원래 장치를 매우 저온 환경에 배치해야합니다. 셋째, 광범위한 주파수 변조 주파수 변환을 달성하기가 어렵습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 광전자 기술이 역할을 할 수 있습니다. 주요 방법은 아래에 설명되어 있습니다.
1. 두 개의 다른 주파수 레이저 신호의 차이 주파수를 통해, 고주파 광 검출기는 그림 1과 같이 마이크로파 신호를 변환하는 데 사용됩니다.
그림 1. 2의 차이 주파수에 의해 생성 된 전자 레인지의 개략도레이저.
이 방법의 장점은 단순한 구조이며, 매우 높은 주파수 밀리미터 파 및 심지어 THZ 주파수 신호를 생성 할 수 있으며, 레이저의 주파수를 조정함으로써 광범위한 빠른 주파수 변환, 스윕 주파수를 수행 할 수 있습니다. 단점은 두 개의 관련이없는 레이저 신호에 의해 생성 된 차이 주파수 신호의 라인폭 또는 위상 노이즈가 비교적 크고, 주파수 안정성이 높지 않지만 특히 작은 부피 (~ mhz)가 사용되는 경우 주파수 안정성이 높지 않다는 것입니다. 시스템 체중량 요구 사항이 높지 않으면 저음 (~ KHZ) 솔리드 스테이트 레이저를 사용할 수 있습니다.섬유 레이저, 외부 공동반도체 레이저또한, 동일한 레이저 캐비티에서 생성 된 두 가지 다른 모드의 레이저 신호 모드를 사용하여 차이 주파수를 생성하여 마이크로파 주파수 안정성 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.
2. 이전 방법의 두 레이저가 일관성이없고 생성 된 신호 위상 노이즈가 너무 크다는 문제를 해결하기 위해, 두 레이저 사이의 일관성은 주입 주파수 잠금 위상 잠금 방법 또는 음성 피드백 위상 잠금 회로에 의해 얻을 수 있습니다. 그림 2는 전자 레인지 배수를 생성하기위한 주입 잠금의 전형적인 적용을 보여줍니다 (그림 2). 고주파 전류 신호를 반도체 레이저에 직접 주입하거나 Linbo3- 상 변조기를 사용함으로써, 동일한 주파수 간격을 갖는 다른 주파수의 다중 광학 신호를 생성 할 수 있거나 광학 주파수 빗을 생성 할 수있다. 물론, 넓은 스펙트럼 광학 주파수 빗을 얻기 위해 일반적으로 사용되는 방법은 모드 잠금 레이저를 사용하는 것입니다. 생성 된 광학 주파수 빗의 2 개의 빗 신호는 필터링에 의해 선택되고 각각 주파수 및 위상 잠금을 실현하기 위해 레이저 1 및 2에 각각 주입됩니다. 광학 주파수 빗의 상이한 COMB 신호 사이의 위상은 비교적 안정적이기 때문에, 두 레이저 사이의 상대적 위상은 안정적이므로, 이전에 기술 된 바와 같이 차이 주파수의 방법에 의해 광학 주파수 콤비 반복 속도의 다중 주파수 마이크로파 신호가 얻어 질 수있다.
그림 2. 주입 주파수 잠금에 의해 생성 된 마이크로파 주파수 배가 신호의 개략도.
두 레이저의 상대 위상 노이즈를 줄이는 또 다른 방법은 그림 3과 같이 음의 피드백 광학 PLL을 사용하는 것입니다.
그림 3. OPL의 개략도.
광학 PLL의 원리는 전자 분야에서 PLL의 원리와 유사합니다. 두 레이저의 위상차는 광 검출기 (위상 검출기와 동등한)에 의해 전기 신호로 변환 된 다음, 두 레이저 사이의 위상차는 기준 마이크로파 신호 소스로 차이 주파수를 만들어서,이어서,이어서 레이저 중 하나의 주파수 제어 단위로 공급됩니다. 이러한 음의 피드백 제어 루프를 통해, 두 레이저 신호 사이의 상대 주파수 위상은 기준 마이크로파 신호에 고정된다. 이어서, 결합 된 광학 신호는 광 섬유를 통해 다른 곳의 광 검출기로 전송되고 마이크로파 신호로 변환 될 수있다. 전자 레인지 신호의 결과 위상 노이즈는 위상 잠금 음성 피드백 루프의 대역폭 내에서 기준 신호의 노이즈와 거의 동일합니다. 대역폭 외부의 위상 노이즈는 원래 두 개의 관련이없는 레이저의 상대 위상 노이즈와 같습니다.
또한, 기준 마이크로파 신호 소스는 주파수 배가, 디바이저 주파수 또는 기타 주파수 처리를 통해 다른 신호 소스에 의해 변환 될 수 있으므로, 낮은 주파수 마이크로파 신호가 다중로 블블 링되거나 고주파 RF, THZ 신호로 변환 될 수 있습니다.
사출 주파수 잠금과 비교하여 주파수 배가 만 얻을 수 있으며, 위상 잠금 루프는 더 유연하고, 거의 임의 주파수를 생성 할 수 있으며, 물론 더 복잡합니다. 예를 들어, 그림 2의 광전자 변조기에 의해 생성 된 광학 주파수 빗은 광원으로 사용되며, 광학 위상 잠금 루프는 두 레이저의 2 개의 광학 콤 신호에 대한 두 레이저의 주파수를 선택적으로 잠그는 데 사용 된 다음,도 4에 도시 된 바와 같이, 차이 주파수를 통해 고격한 신호를 생성한다. n*frep+f1+f2는 두 레이저 사이의 차이 주파수에 의해 생성 될 수 있습니다.
그림 4. 광학 주파수 빗 및 PLL을 사용하여 임의 주파수를 생성하는 개략도.
3. 모드 잠금 펄스 레이저를 사용하여 광학 펄스 신호를 전자 레인지 신호로 변환합니다.광 검출기.
이 방법의 주요 장점은 매우 우수한 주파수 안정성과 매우 낮은 위상 노이즈를 갖는 신호를 얻을 수 있다는 것입니다. 레이저의 주파수를 매우 안정적인 원자력 및 분자 전이 스펙트럼 또는 매우 안정적인 광장 및 자체-배치 주파수 제거 시스템 주파수 이동 및 기타 기술의 사용으로 고정함으로써, 우리는 매우 안정적인 반복 주파수로 매우 안정적인 광학 펄스 신호를 얻을 수 있도록 매우 안정적인 광학 펄스 신호를 얻을 수 있습니다. 그림 5.
그림 5. 다른 신호 소스의 상대 위상 노이즈 비교.
그러나 펄스 반복 속도는 레이저의 공동 길이에 반비례하고 기존 모드 로킹 된 레이저가 크기 때문에 고주파 전자 레인지 신호를 직접 얻기가 어렵습니다. 또한 기존의 펄스 레이저의 크기, 무게 및 에너지 소비와 가혹한 환경 요구 사항은 주로 실험실 응용 프로그램을 제한합니다. 이러한 어려움을 극복하기 위해 최근 미국과 독일에서 비선형 효과를 사용하여 매우 작은 고품질 ChiRP 모드 광장에서 주파수 안정적인 광학 빗을 생성하여 고주파 저지음 전자 레인지 신호를 생성했습니다.
4. Opto Electronic Oscillator, 그림 6.
그림 6. 광전 결합 발진기의 개략도.
전자 레인지 또는 레이저를 생성하는 전통적인 방법 중 하나는 닫힌 루프의 게인이 손실보다 크면 자체 발진이 전자 레인지 또는 레이저를 생성 할 수있는 한 셀프 피드백 폐쇄 루프를 사용하는 것입니다. 폐쇄 루프의 품질 계수 Q가 높을수록 생성 된 신호 위상 또는 주파수 노이즈가 작습니다. 루프의 품질 계수를 높이기 위해 직접적인 방법은 루프 길이를 높이고 전파 손실을 최소화하는 것입니다. 그러나, 더 긴 루프는 일반적으로 다중 진동 모드의 생성을 지원할 수 있으며 좁은 대역폭 필터가 추가되면 단일 주파수 저음 전자 레인지 진동 신호를 얻을 수 있습니다. 광전자 결합 발진기는이 아이디어를 기반으로 한 마이크로파 신호 소스이며, 더 긴 섬유를 사용하여 루프 Q 값을 향상시키기 위해 광섬유의 낮은 전파 손실 특성을 최대한 활용하여 매우 낮은 위상 노이즈로 전자 레인지 신호를 생성 할 수 있습니다. 이 방법이 1990 년대에 제안 된 이래로,이 유형의 오실레이터는 광범위한 연구와 상당한 개발을 받았으며 현재 상업적 광전성 결합 발진기가 있습니다. 보다 최근에는 넓은 범위에서 주파수를 조정할 수있는 광전 발진기가 개발되었습니다. 이 아키텍처를 기반으로 한 마이크로파 신호 소스의 주요 문제는 루프가 길고 FSR (Free Flow)의 노이즈와 이중 주파수가 크게 증가한다는 것입니다. 또한, 사용 된 광전 성분은 더 많고, 비용이 높고, 부피가 줄기가 어렵고, 더 긴 섬유질이 환경 교란에 더 민감하다.
위의 내용은 마이크로파 신호의 광전자 생성 방법과 장점과 단점을 간략하게 소개합니다. 마지막으로, 광전자를 생산하기 위해 광전자를 사용하면 또 다른 장점이 있습니다. 광학 신호는 각각의 사용 터미널에 대한 매우 낮은 손실, 장거리 전송으로 전자 레인지 신호로 전환 된 광섬유를 통해 분포 될 수 있으며 전자기 간섭에 저항하는 능력은 기존 전자 구성 요소보다 상당히 향상된다는 것입니다.
이 기사의 글은 주로 참조 용 이며이 분야에서 저자의 연구 경험 및 경험과 결합하여 부정확성과 이해가 불가능합니다. 이해하십시오.
후 시간 : 1 월 -03-2024