Optoelektronik gelombang mikro, kaya jenenge, yaiku persimpangan gelombang mikro lanoptoelektronikGelombang mikro lan gelombang cahya iku gelombang elektromagnetik, lan frekuensine beda banget, lan komponen lan teknologi sing dikembangake ing bidange dhewe-dhewe uga beda banget. Yen digabungake, kita bisa saling nggunakake, nanging kita bisa entuk aplikasi lan karakteristik anyar sing angel direalisasikake.
Komunikasi optikminangka conto utama saka kombinasi gelombang mikro lan fotoelektron. Komunikasi nirkabel telpon lan telegraf awal, pembangkitan, propagasi lan panrima sinyal, kabeh nggunakake piranti gelombang mikro. Gelombang elektromagnetik frekuensi rendah digunakake wiwitane amarga rentang frekuensi cilik lan kapasitas saluran kanggo transmisi cilik. Solusine yaiku nambah frekuensi sinyal sing dikirim, luwih dhuwur frekuensi, luwih akeh sumber daya spektrum. Nanging sinyal frekuensi dhuwur ing mundhut propagasi udara gedhe, nanging uga gampang diblokir dening alangan. Yen kabel digunakake, mundhut kabel gedhe, lan transmisi jarak adoh minangka masalah. Muncule komunikasi serat optik minangka solusi sing apik kanggo masalah kasebut.Serat optiknduweni rugi transmisi sing sithik banget lan minangka operator sing apik banget kanggo ngirim sinyal jarak adoh. Rentang frekuensi gelombang cahya luwih gedhe tinimbang gelombang mikro lan bisa ngirim akeh saluran sing beda-beda kanthi bebarengan. Amarga kaluwihane iki,transmisi optik, komunikasi serat optik wis dadi tulang punggung transmisi informasi saiki.
Komunikasi optik nduweni sejarah sing dawa, riset lan aplikasi wis jembar banget lan mateng, ora usah diomongake maneh. Makalah iki utamane ngenalake isi riset anyar babagan optoelektronik gelombang mikro ing taun-taun pungkasan saliyane komunikasi optik. Optoelektronik gelombang mikro utamane nggunakake metode lan teknologi ing bidang optoelektronik minangka pembawa kanggo ningkatake lan entuk kinerja lan aplikasi sing angel digayuh nganggo komponen elektronik gelombang mikro tradisional. Saka perspektif aplikasi, utamane kalebu telung aspek ing ngisor iki.
Sing pertama yaiku panggunaan optoelektronik kanggo ngasilake sinyal gelombang mikro kanthi kinerja dhuwur lan gangguan endhek, saka pita-X nganti tekan pita THz.
Kapindho, pamrosesan sinyal gelombang mikro. Kalebu wektu tundha, panyaringan, konversi frekuensi, panampa lan liya-liyane.
Katelu, transmisi sinyal analog.
Ing artikel iki, penulis mung ngenalake bagean pisanan, yaiku generasi sinyal gelombang mikro. Gelombang milimeter gelombang mikro tradisional utamane diasilake dening komponen mikroelektronik iii_V. Watesane ana ing ngisor iki: Kapisan, kanggo frekuensi dhuwur kayata 100GHz ing ndhuwur, mikroelektronik tradisional bisa ngasilake daya sing saya sithik, kanggo sinyal THz frekuensi sing luwih dhuwur, dheweke ora bisa nindakake apa-apa. Kapindho, kanggo nyuda gangguan fase lan nambah stabilitas frekuensi, piranti asli kudu diselehake ing lingkungan suhu sing sithik banget. Katelu, angel kanggo entuk macem-macem konversi frekuensi modulasi frekuensi. Kanggo ngatasi masalah kasebut, teknologi optoelektronik bisa nduweni peran. Cara utama diterangake ing ngisor iki.
1. Liwat frekuensi sing béda saka rong sinyal laser frekuensi sing béda, fotodetektor frekuensi dhuwur digunakaké kanggo ngonversi sinyal gelombang mikro, kaya sing dituduhaké ing Gambar 1.
Gambar 1. Diagram skematis gelombang mikro sing diasilake dening bedane frekuensi saka ronglaser.
Kauntungan saka metode iki yaiku struktur sing prasaja, bisa ngasilake gelombang milimeter frekuensi sing dhuwur banget lan malah sinyal frekuensi THz, lan kanthi nyetel frekuensi laser bisa nindakake macem-macem konversi frekuensi cepet, frekuensi sapuan. Kekurangane yaiku linewidth utawa fase gangguan saka sinyal frekuensi sing beda sing diasilake dening rong sinyal laser sing ora ana hubungane relatif gedhe, lan stabilitas frekuensi ora dhuwur, utamane yen laser semikonduktor kanthi volume cilik nanging linewidth gedhe (~MHz) digunakake. Yen syarat volume bobot sistem ora dhuwur, sampeyan bisa nggunakake laser solid-state gangguan rendah (~kHz),laser serat, rongga njabalaser semikonduktor, lsp. Kajaba iku, rong mode sinyal laser sing diasilake ing rongga laser sing padha uga bisa digunakake kanggo ngasilake frekuensi sing beda, supaya kinerja stabilitas frekuensi gelombang mikro saya apik banget.
2. Kanggo ngatasi masalah yen rong laser ing metode sadurunge ora koheren lan gangguan fase sinyal sing diasilake gedhe banget, koherensi antarane rong laser bisa dipikolehi kanthi metode penguncian fase penguncian frekuensi injeksi utawa sirkuit penguncian fase umpan balik negatif. Gambar 2 nuduhake aplikasi khas penguncian injeksi kanggo ngasilake kelipatan gelombang mikro (Gambar 2). Kanthi nyuntikake langsung sinyal arus frekuensi dhuwur menyang laser semikonduktor, utawa kanthi nggunakake modulator fase LinBO3, pirang-pirang sinyal optik kanthi frekuensi sing beda kanthi jarak frekuensi sing padha bisa diasilake, utawa sisir frekuensi optik. Mesthi wae, cara sing umum digunakake kanggo entuk sisir frekuensi optik spektrum sing amba yaiku nggunakake laser sing dikunci mode. Rong sinyal sisir ing sisir frekuensi optik sing diasilake dipilih kanthi nyaring lan diinjeksi menyang laser 1 lan 2 kanggo nggayuh frekuensi lan penguncian fase. Amarga fase antarane sinyal sisir sing beda saka sisir frekuensi optik relatif stabil, saengga fase relatif antarane rong laser stabil, banjur kanthi metode frekuensi beda kaya sing diterangake sadurunge, sinyal gelombang mikro frekuensi multi-lipat saka tingkat pengulangan sisir frekuensi optik bisa dipikolehi.
Gambar 2. Diagram skematis sinyal penggandaan frekuensi gelombang mikro sing diasilake dening penguncian frekuensi injeksi.
Cara liya kanggo ngurangi gangguan fase relatif saka rong laser yaiku nggunakake PLL optik umpan balik negatif, kaya sing dituduhake ing Gambar 3.
Gambar 3. Diagram skematis OPL.
Prinsip PLL optik padha karo PLL ing babagan elektronika. Bedane fase saka rong laser diowahi dadi sinyal listrik dening fotodetektor (padha karo detektor fase), banjur bedane fase antarane rong laser dipikolehi kanthi nggawe frekuensi bedane nganggo sumber sinyal gelombang mikro referensi, sing dikuatake lan disaring banjur diumpanake maneh menyang unit kontrol frekuensi salah sawijining laser (kanggo laser semikonduktor, yaiku arus injeksi). Liwat puteran kontrol umpan balik negatif kasebut, fase frekuensi relatif antarane rong sinyal laser dikunci menyang sinyal gelombang mikro referensi. Sinyal optik gabungan banjur bisa ditularake liwat serat optik menyang fotodetektor ing papan liya lan diowahi dadi sinyal gelombang mikro. Swara fase sing diasilake saka sinyal gelombang mikro meh padha karo sinyal referensi ing bandwidth puteran umpan balik negatif sing dikunci fase. Swara fase ing njaba bandwidth padha karo swara fase relatif saka rong laser asli sing ora ana hubungane.
Kajaba iku, sumber sinyal gelombang mikro referensi uga bisa diowahi dening sumber sinyal liyane liwat penggandaan frekuensi, frekuensi pembagi, utawa pamrosesan frekuensi liyane, supaya sinyal gelombang mikro frekuensi sing luwih endhek bisa digandakake kaping pirang-pirang, utawa diowahi dadi sinyal RF frekuensi dhuwur, THz.
Dibandhingake karo penguncian frekuensi injeksi mung bisa entuk penggandaan frekuensi, loop fase-kunci luwih fleksibel, bisa ngasilake frekuensi sing meh sembarang, lan mesthi luwih kompleks. Contone, sisir frekuensi optik sing diasilake dening modulator fotoelektrik ing Gambar 2 digunakake minangka sumber cahya, lan loop fase-kunci optik digunakake kanggo ngunci frekuensi saka rong laser kanthi selektif menyang rong sinyal sisir optik, banjur ngasilake sinyal frekuensi dhuwur liwat frekuensi beda, kaya sing dituduhake ing Gambar 4. f1 lan f2 minangka frekuensi sinyal referensi saka rong PLLS, lan sinyal gelombang mikro N*frep+f1+f2 bisa diasilake dening frekuensi beda antarane rong laser.
Gambar 4. Diagram skematis ngasilake frekuensi sembarang nggunakake sisir frekuensi optik lan PLLS.
3. Gunakake laser pulsa sing dikunci mode kanggo ngowahi sinyal pulsa optik dadi sinyal gelombang mikro liwatfotodetektor.
Kauntungan utama saka metode iki yaiku sinyal kanthi stabilitas frekuensi sing apik banget lan gangguan fase sing sithik banget bisa dipikolehi. Kanthi ngunci frekuensi laser menyang spektrum transisi atom lan molekul sing stabil banget, utawa rongga optik sing stabil banget, lan panggunaan sistem eliminasi frekuensi dobel dhewe lan teknologi liyane, kita bisa entuk sinyal pulsa optik sing stabil banget kanthi frekuensi pengulangan sing stabil banget, saengga bisa entuk sinyal gelombang mikro kanthi gangguan fase ultra-rendah. Gambar 5.
Gambar 5. Perbandingan gangguan fase relatif saka macem-macem sumber sinyal.
Nanging, amarga tingkat pengulangan pulsa berbanding terbalik karo dawa rongga laser, lan laser mode-locked tradisional gedhe, angel entuk sinyal gelombang mikro frekuensi dhuwur kanthi langsung. Kajaba iku, ukuran, bobot, lan konsumsi energi laser pulsa tradisional, uga syarat lingkungan sing atos, mbatesi aplikasi laboratorium utamane. Kanggo ngatasi kesulitan kasebut, riset bubar diwiwiti ing Amerika Serikat lan Jerman nggunakake efek nonlinier kanggo ngasilake sisir optik sing stabil frekuensi ing rongga optik mode chirp sing cilik banget lan berkualitas tinggi, sing banjur ngasilake sinyal gelombang mikro frekuensi dhuwur kanthi gangguan rendah.
4. osilator elektronik opto, Gambar 6.
Gambar 6. Diagram skematis osilator gandeng fotolistrik.
Salah sawijining cara tradisional kanggo ngasilake gelombang mikro utawa laser yaiku nggunakake loop tertutup umpan balik dhewe, anggere gain ing loop tertutup luwih gedhe tinimbang kerugian, osilasi sing dieksitasi dhewe bisa ngasilake gelombang mikro utawa laser. Sing luwih dhuwur faktor kualitas Q saka loop tertutup, sing luwih cilik gangguan fase utawa frekuensi sinyal sing diasilake. Kanggo nambah faktor kualitas loop, cara langsung yaiku nambah dawa loop lan nyuda kerugian propagasi. Nanging, loop sing luwih dawa biasane bisa ndhukung generasi pirang-pirang mode osilasi, lan yen filter bandwidth sempit ditambahake, sinyal osilasi gelombang mikro gangguan frekuensi tunggal bisa dipikolehi. Osilator gandeng fotoelektrik minangka sumber sinyal gelombang mikro adhedhasar ide iki, nggunakake kanthi lengkap karakteristik kerugian propagasi serat sing kurang, nggunakake serat sing luwih dawa kanggo nambah nilai loop Q, bisa ngasilake sinyal gelombang mikro kanthi gangguan fase sing sithik banget. Wiwit metode iki diusulake ing taun 1990-an, jinis osilator iki wis nampa riset ekstensif lan pangembangan sing cukup gedhe, lan saiki ana osilator gandeng fotoelektrik komersial. Bubar iki, osilator fotoelektrik sing frekuensine bisa diatur ing macem-macem rentang wis dikembangake. Masalah utama sumber sinyal gelombang mikro adhedhasar arsitektur iki yaiku loop dawa, lan gangguan ing aliran bebas (FSR) lan frekuensi dobel bakal tambah akeh. Kajaba iku, komponen fotoelektrik sing digunakake luwih akeh, biaya dhuwur, volume angel dikurangi, lan serat sing luwih dawa luwih sensitif marang gangguan lingkungan.
Ing ndhuwur iki, kita bakal ngenalake kanthi ringkes sawetara cara kanggo ngasilake sinyal gelombang mikro kanthi fotoelektron, uga kaluwihan lan kekurangane. Pungkasan, panggunaan fotoelektron kanggo ngasilake gelombang mikro nduweni kaluwihan liyane yaiku sinyal optik bisa disebarake liwat serat optik kanthi kerugian sing sithik banget, transmisi jarak adoh menyang saben terminal panggunaan banjur diowahi dadi sinyal gelombang mikro, lan kemampuan kanggo nolak gangguan elektromagnetik luwih apik tinimbang komponen elektronik tradisional.
Tulisan artikel iki utamane kanggo referensi, lan digabungake karo pengalaman riset lan pengalaman penulis dhewe ing bidang iki, ana kekurangan lan kekurangan, tulung dingerteni.
Wektu kiriman: 03 Januari 2024