Mikrouhinen optoelektronika, izenak dioen bezala, mikrouhin-labearen eta elkargunea daoptoelektronika.Mikrouhinak eta argi-uhinak uhin elektromagnetikoak dira, eta maiztasunak magnitude-ordena askotakoak dira, eta dagozkien eremuetan garatutako osagaiak eta teknologiak oso desberdinak dira.Konbinatuta, elkarri etekina atera diezaiokegu, baina gauzatzeko zailak diren aplikazio eta ezaugarri berriak lor ditzakegu.
Komunikazio optikoamikrouhinen eta fotoelektroien konbinazioaren adibide nagusia da.Hasierako telefono eta telegrafo haririk gabeko komunikazioak, seinaleak sortzea, hedatzea eta jasotzea, mikrouhin-gailuak erabiltzen zituzten guztiak.Maiztasun baxuko uhin elektromagnetikoak erabiltzen dira hasieran maiztasun-tartea txikia delako eta kanalaren transmisio-ahalmena txikia delako.Irtenbidea transmititzen den seinalearen maiztasuna handitzea da, zenbat eta maiztasun handiagoa izan, orduan eta espektro baliabide gehiago.Baina airearen hedapenaren galeraren maiztasun handiko seinalea handia da, baina oztopoek blokeatzeko erraza ere bada.Kablea erabiltzen bada, kablearen galera handia da, eta distantzia luzeko transmisioa arazoa da.Zuntz optikoaren komunikazioaren agerpena arazo hauetarako irtenbide ona da.Zuntz optikoatransmisio-galera oso txikia du eta seinaleak distantzia luzeetan transmititzeko eramaile bikaina da.Argi-uhinen maiztasun-tartea mikrouhinena baino askoz handiagoa da eta aldi berean hainbat kanal transmiti ditzakete.Abantaila hauek direla etatransmisio optikoa, zuntz optikoko komunikazioa gaur egungo informazioaren transmisioaren ardatz bihurtu da.
Komunikazio optikoak historia luzea du, ikerketak eta aplikazioak oso zabalak eta helduak dira, hemen ez dago gehiago esateko.Artikulu honek, batez ere, mikrouhin-optoelektronikaren azken urteotan komunikazio optikoaz gain, ikerketa-eduki berriak aurkezten ditu.Mikrouhinen optoelektronikak, batez ere, optoelektronikaren alorreko metodoak eta teknologiak erabiltzen ditu eramaile gisa mikrouhinen osagai elektroniko tradizionalekin lortzen zailak diren errendimendua eta aplikazioa hobetzeko eta lortzeko.Aplikazioaren ikuspegitik, batez ere, honako hiru alderdi hauek hartzen ditu barne.
Lehenengoa, optoelektronikaren erabilera errendimendu handiko eta zarata baxuko mikrouhin-seinaleak sortzeko, X bandatik THz bandaraino.
Bigarrenik, mikrouhin-seinaleen prozesamendua.Atzerapena, iragazketa, maiztasun-bihurketa, jasotzea eta abar barne.
Hirugarrena, seinale analogikoen transmisioa.
Artikulu honetan, egileak lehenengo zatia bakarrik aurkezten du, mikrouhin-seinalea sortzea.Mikrouhin-uhin milimetriko tradizionala iii_V osagai mikroelektronikoek sortzen dute batez ere.Bere mugek honako puntu hauek dituzte: Lehenik eta behin, 100GHz-tik gorako maiztasun altuetara, mikroelektronika tradizionalak gero eta potentzia gutxiago ekoitzi dezake, maiztasun handiagoko THz seinaleari, ezin dute ezer egin.Bigarrenik, fase-zarata murrizteko eta maiztasunaren egonkortasuna hobetzeko, jatorrizko gailua tenperatura oso baxuko ingurune batean jarri behar da.Hirugarrenik, zaila da maiztasun-modulazioaren maiztasun-bihurketa sorta zabal bat lortzea.Arazo horiek konpontzeko, teknologia optoelektronikoak zeresana izan dezake.Jarraian metodo nagusiak deskribatzen dira.
1. Bi frekuentzia ezberdineko laser seinaleen diferentziaren maiztasunaren bidez, maiztasun handiko fotodetektagailu bat erabiltzen da mikrouhin-seinaleak bihurtzeko, 1. Irudian ikusten den moduan.
1. Irudia. Biren diferentziaren maiztasunarekin sortutako mikrouhinen diagrama eskematikoalaserrak.
Metodo honen abantailak egitura sinplea dira, oso maiztasun handiko uhin milimetrikoak eta THz maiztasun seinalea ere sor ditzakete, eta laserren maiztasuna egokituz maiztasun bizkorreko bihurketa sorta handia egin dezake, miaketa-maiztasuna.Desabantaila zera da: zerikusirik ez duten bi laser seinaleek sortzen duten diferentzia-maiztasun-seinalearen linea-zabalera edo fase-zarata nahiko handia dela eta maiztasun-egonkortasuna ez dela handia, batez ere bolumen txikia baina linea-zabalera handia duen laser erdieroalea (~MHz) bada. erabiltzen.Sistemaren pisuaren bolumenaren eskakizunak handiak ez badira, zarata baxuko (~ kHz) egoera solidoko laserrak erabil ditzakezu,zuntz laserrak, kanpoko barrunbealaser erdieroaleak, etab. Horrez gain, laser barrunbe berean sortutako laser seinaleen bi modu desberdin ere erabil daitezke maiztasun diferentzia bat sortzeko, mikrouhin-maiztasunaren egonkortasunaren errendimendua asko hobetu dadin.
2. Aurreko metodoko bi laserrak inkoherenteak direla eta sortutako seinale-fasearen zarata handiegia den arazoa konpontzeko, bi laserren arteko koherentzia lor daiteke injekzio-maiztasunaren blokeo-fasearen blokeo-metodoaren bidez edo feedback negatiboaren fasearen bidez. blokeatzeko zirkuitua.2. Irudiak mikrouhin-multiploak sortzeko injekzio blokeoaren aplikazio tipiko bat erakusten du (2. Irudia).Laser erdieroale batean maiztasun handiko korronte-seinaleak zuzenean injektatuz edo LinBO3-faseko moduladorea erabiliz, maiztasun desberdinetako seinale optiko anitz sor daitezke maiztasun tarte berdinarekin, edo maiztasun optikoko orraziak.Jakina, espektro zabaleko frekuentzia optikoko orrazia lortzeko erabili ohi den metodoa modu blokeatutako laser bat erabiltzea da.Sortutako maiztasun optikoko orrazian bi orrazi seinaleak iragaziz eta 1 eta 2 laserra injektatzen dira, hurrenez hurren, maiztasuna eta fasearen blokeoa lortzeko.Maiztasun optikoaren orraziaren seinale ezberdinen arteko fasea nahiko egonkorra denez, bi laserren arteko fase erlatiboa egonkorra izan dadin, eta, ondoren, maiztasun desberdintasunaren metodoaren arabera, maiztasun anitzeko mikrouhin seinalea. maiztasun optikoko orraziaren errepikapen-tasa lor daiteke.
2. Irudia. Injekzio-maiztasunaren blokeoaren bidez sortutako mikrouhin-frekuentzia bikoizteko seinalearen diagrama eskematikoa.
Bi laserren fase-zarata erlatiboa murrizteko beste modu bat feedback negatiboko PLL optiko bat erabiltzea da, 3. Irudian ikusten den moduan.
3. irudia. OPLren eskema.
PLL optikoaren printzipioa PLLaren antzekoa da elektronika arloan.Bi laserren fase-diferentzia seinale elektriko batean bihurtzen da fotodetektagailu baten bidez (fase-detektagailu baten baliokidea), eta, ondoren, bi laserren arteko fase-diferentzia lortzen da erreferentziazko mikrouhin-seinale iturri batekin maiztasun diferentzia bat eginez, hau anplifikatuta. eta iragazi eta, ondoren, laserretako baten frekuentzia kontrolatzeko unitatera itzultzen da (laser erdieroaleentzat, injekzio-korrontea da).Feedback negatiboko kontrol-begizta horren bidez, bi laser-seinaleen arteko maiztasun-fasea erreferentziazko mikrouhin-seinalean blokeatzen da.Seinale optiko konbinatua zuntz optikoen bidez beste nonbaiteko fotodetektagailu batera igor daiteke eta mikrouhin-seinale bihur daiteke.Mikrouhin-seinalearen ondoriozko fase-zarata ia erreferentzia-seinalearen berdina da fasean blokeatutako feedback-begizta negatiboaren banda-zabaleraren barruan.Banda-zabaleratik kanpoko fase-zarata erlaziorik gabeko jatorrizko bi laserren fase-zarata erlatiboaren berdina da.
Horrez gain, erreferentziako mikrouhin-seinalearen iturria beste seinale-iturri batzuek ere bihur dezakete maiztasun-bikoizketaren, zatitzaile-maiztasunaren edo beste maiztasun-prozesamendu baten bidez, maiztasun baxuko mikrouhin-seinalea bikoiztu egin dadin, edo maiztasun handiko RF, THz seinaleetara bihur daiteke.
Injekzio-maiztasunaren blokeoarekin alderatuta, maiztasunaren bikoizketa soilik lor daiteke, fase-blokeatutako begiztak malguagoak dira, maiztasun ia arbitrarioak sor ditzakete eta, jakina, konplexuagoak.Esate baterako, 2. irudiko moduladore fotoelektrikoak sortutako maiztasun optikoko orrazia erabiltzen da argi-iturri gisa, eta fase-blokeatutako begizta optikoa erabiltzen da bi laserren maiztasuna bi orrazi optikoko seinaleetara modu selektiboan blokeatzeko, eta gero sortzeko. Maiztasun handiko seinaleak diferentziaren maiztasunaren bidez, 4. Irudian erakusten den moduan. f1 eta f2 bi PLLSren erreferentziazko seinale-maiztasunak dira hurrenez hurren, eta N*frep+f1+f2-ko mikrouhin-seinalea sor daitekeen arteko maiztasun-diferentziaren bidez. bi laser.
4. Irudia. Frekuentzia optikoko orraziak eta PLLS erabiliz maiztasun arbitrarioak sortzeko diagrama eskematikoa.
3. Erabili modu-blokeatutako pultsu-laserra pultsu-seinale optikoa mikrouhin-seinale bihurtzekofotodetektagailua.
Metodo honen abantaila nagusia maiztasun-egonkortasun oso ona eta fase-zarata oso baxua duen seinalea lor daitekeela da.Laserraren maiztasuna trantsizio-espektro atomiko eta molekular oso egonkor batera blokeatuz, edo barrunbe optiko oso egonkor batera, eta auto-bikoiztu maiztasuna ezabatzeko sistemaren maiztasun-aldaketa eta beste teknologia batzuk erabiliz, pultsu optikoko seinale oso egonkorra lor dezakegu. errepikapen-maiztasun oso egonkorra, fase-zarata ultra-baxua duen mikrouhin-seinalea lortzeko.5. irudia.
5. Irudia. Seinale-iturri ezberdinen fase erlatiboaren zarata konparaketa.
Hala ere, pultsuen errepikapen-tasa laserraren barrunbearen luzerarekiko alderantziz proportzionala denez eta modu tradizionala blokeatutako laserra handia denez, zaila da maiztasun handiko mikrouhin-seinaleak zuzenean lortzea.Gainera, pultsatuko laser tradizionalen tamainak, pisuak eta energia-kontsumoak, baita ingurumen-eskakizun gogorrek ere, laborategiko aplikazioak mugatzen dituzte batez ere.Zailtasun horiek gainditzeko, duela gutxi Estatu Batuetan eta Alemanian ikerketak hasi dira efektu ez-linealak erabiliz frekuentzian egonkorrak diren orrazi optikoak sortzeko barrunbe optiko oso txikietan eta kalitate handiko txirrin-moduetan, zeinak, aldi berean, maiztasun handiko zarata baxuko mikrouhin-seinaleak sortzen dituztenak.
4. osziladore optoelektronikoa, 6. irudia.
6. Irudia. Akoplatutako osziladore fotoelektrikoaren eskema.
Mikrouhinak edo laserrak sortzeko metodo tradizional bat autofeedback begizta itxia erabiltzea da, beti ere begizta itxian irabazia galera baino handiagoa bada, autokitzitatutako oszilazioa mikrouhinak edo laserrak sor ditzake.Begizta itxiaren Q kalitate-faktorea zenbat eta handiagoa izan, orduan eta txikiagoa izango da sortutako seinalearen fasea edo maiztasun-zarata.Begiztaren kalitate-faktorea handitzeko, bide zuzena begiztaren luzera handitzea eta hedapen-galera gutxitzea da.Hala ere, begizta luzeago batek oszilazio-modu anitzak sortzea onartzen du normalean, eta banda-zabalera estuko iragazkia gehitzen bada, maiztasun bakarreko zarata baxuko mikrouhin-oszilazio-seinalea lor daiteke.Akoplatutako osziladore fotoelektrikoa ideia honetan oinarritutako mikrouhin-seinale-iturria da, zuntzaren hedapen-galera baxuaren ezaugarriak guztiz baliatzen ditu, zuntz luzeagoa erabiliz begizta Q balioa hobetzeko, mikrouhin-seinalea sor dezake fase-zarata oso baxuarekin.1990eko hamarkadan metodoa proposatu zenetik, osziladore mota honek ikerketa handia eta garapen handia jaso du, eta gaur egun akoplatutako osziladore fotoelektriko komertzialak daude.Duela gutxi, osziladore fotoelektrikoak garatu dira, zeinen maiztasunak tarte zabal batean doi daitezkeen.Arkitektura honetan oinarritutako mikrouhin-seinale iturrien arazo nagusia begizta luzea dela da, eta bere fluxu librean (FSR) eta bere maiztasun bikoitzean zarata nabarmen handituko dela.Horrez gain, erabiltzen diren osagai fotoelektrikoak gehiago dira, kostua handia da, bolumena murrizten zaila da eta zuntz luzeagoa ingurumenaren asaldurarekin sentikorragoa da.
Aurrekoak laburki aurkezten ditu mikrouhin-seinaleen fotoelektroiak sortzeko hainbat metodo, baita haien abantailak eta desabantailak ere.Azkenik, mikrouhinak ekoizteko fotoelektroiak erabiltzeak beste abantaila bat du seinale optikoa zuntz optikoaren bidez bana daitekeela galera oso baxuarekin, distantzia luzeko transmisioarekin erabilera terminal bakoitzerako eta gero mikrouhin-seinale bihurtu, eta elektromagnetikoei aurre egiteko gaitasunarekin. interferentziak osagai elektroniko tradizionalek baino nabarmen hobetzen ditu.
Artikulu hau idaztea erreferentziarako da batez ere, eta egilearen ikerketa-esperientziarekin eta arlo honetan esperientziarekin konbinatuta, zehaztasunak eta ulergaitzak daude, mesedez, ulertu.
Argitalpenaren ordua: 2024-03-03