Optoelektronîka mîkropêlê, wekî ku ji navê wê jî diyar e, xaçerêya mîkropêl ûoptoelektronîkMîkropêl û pêlên ronahiyê pêlên elektromagnetîk in, û frekansên wan gelek ji hev cuda ne, û pêkhate û teknolojiyên ku di warên wan de hatine pêşxistin pir cuda ne. Bi hev re, em dikarin ji hev sûd werbigirin, lê em dikarin serîlêdan û taybetmendiyên nû bi dest bixin ku pêkanîna wan dijwar e.
Ragihandina optîkîNimûneyek sereke ya têkelbûna mîkropêl û fotoelektronan e. Di ragihandinên bêtêl ên telefon û telegrafê yên destpêkê de, çêkirin, belavkirin û wergirtina sînyalan, hemî amûrên mîkropêlê bi kar anîn. Pêlên elektromagnetîk ên frekanseke nizm di destpêkê de têne bikar anîn ji ber ku rêza frekansê piçûk e û kapasîteya kanalê ji bo veguhastinê piçûk e. Çareserî ew e ku frekanseke sînyala veguheztî zêde bibe, her ku frekans bilindtir be, çavkaniyên spektrumê zêdetir dibin. Lê windabûna belavbûna sînyala frekanseke bilind di hewayê de mezin e, lê di heman demê de bi hêsanî ji hêla astengiyan ve tê asteng kirin. Ger kablo were bikar anîn, windabûna kabloyê mezin e, û veguhastina dûr û dirêj pirsgirêkek e. Derketina holê ya ragihandina fîbera optîkî çareseriyek baş e ji bo van pirsgirêkan.Fîbera optîkwindabûna veguhestinê pir kêm e û hilgirek pir baş e ji bo veguhestina sînyalan li ser dûrên dirêj. Rêzeya frekansê ya pêlên ronahiyê ji ya mîkropêlan pir mezintir e û dikare gelek kanalên cûda di heman demê de veguhezîne. Ji ber van avantajênveguhestina optîkî, ragihandina bi fîbera optîkî bûye stûna sereke ya veguhestina agahiyan a îroyîn.
Ragihandina optîkî xwedî dîrokeke dirêj e, lêkolîn û sepandina wê pir berfireh û gihîştî ye, li vir ne hewce ye ku bêtir bêjim. Ev gotar bi giranî naveroka lêkolînê ya nû ya optoelektronîka mîkropêlê di salên dawî de ji bilî ragihandina optîkî dide nasîn. Optoelektronîka mîkropêlê bi giranî rêbaz û teknolojiyên di warê optoelektronîkê de wekî hilgir bikar tîne da ku performans û sepandina ku bi pêkhateyên elektronîkî yên mîkropêlê yên kevneşopî dijwar e baştir bike û bi dest bixe, bi dest bixe. Ji perspektîfa sepandinê ve, bi giranî sê aliyên jêrîn vedihewîne.
Ya yekem karanîna optoelektronîkê ye ji bo çêkirina sînyalên mîkropêlê yên performansa bilind û dengê kêm, ji benda X heta benda THz.
Duyemîn, pêvajoya sînyala mîkropêlê. Di nav de derengketin, fîlterkirin, veguherîna frekansê, wergirtin û hwd.
Sêyemîn, veguhestina sînyalên analog.
Di vê gotarê de, nivîskar tenê beşa yekem, çêkirina sînyala mîkropêlê, dide nasîn. Pêla mîlîmetreyî ya mîkropêlê ya kevneşopî bi giranî ji hêla pêkhateyên mîkroelektronîkî yên iii_V ve tê çêkirin. Sînorkirinên wê ev in: Ya yekem, ji bo frekansên bilind ên wekî 100GHz-ê li jor, mîkroelektronîkên kevneşopî dikarin kêmtir û kêmtir hêz hilberînin, ji bo sînyala THz-ê ya frekansa bilindtir, ew nikarin tiştek bikin. Ya duyemîn, ji bo kêmkirina dengê qonaxê û baştirkirina aramiya frekansê, cîhaza orîjînal hewce ye ku di hawîrdorek germahiya pir nizm de were danîn. Ya sêyemîn, zehmet e ku meriv veguherîna frekansê ya modulasyona frekansê ya fireh bi dest bixe. Ji bo çareserkirina van pirsgirêkan, teknolojiya optoelektronîkî dikare rolek bilîze. Rêbazên sereke li jêr têne vegotin.
1. Bi rêya frekansa cuda ya du sînyalên lazer ên frekansên cuda, fotodetektorek frekanseke bilind ji bo veguherandina sînyalên mîkropêlê tê bikar anîn, wekî ku di Şekil 1 de tê nîşandan.
Wêne 1. Nexşeya şematîk a mîkropêlên ku ji hêla frekansa cudahiya dulazer.
Awantajên vê rêbazê avahiya wê hêsan e, dikare pêlên mîlîmetreyî yên frekanseke pir bilind û heta sînyala frekanseke THz jî çêbike, û bi verastkirina frekanseke lazerê dikare veguherîna frekanseke bilez û frekanseke şopandinê ya rêzeke mezin pêk bîne. Dezavantaja wê ev e ku firehiya xêzê an jî dengê qonaxê yê sînyala frekanseke cudahiyê ya ji hêla du sînyalên lazerê yên ne têkildar ve hatî çêkirin nisbeten mezin e, û aramiya frekansê ne zêde ye, nemaze heke lazerek nîvconductor bi qebareyeke piçûk lê firehiyeke xêzeke mezin (~MHz) were bikar anîn. Heke hewcedariyên giraniya sîstemê ne zêde bin, hûn dikarin lazerên rewşa zexm ên bi dengê kêm (~kHz) bikar bînin,lazerên fîberê, valahiya dervelazerên nîvconductor, hwd. Wekî din, du modên cûda yên sînyalên lazerê yên ku di heman valahiya lazerê de têne çêkirin jî dikarin ji bo çêkirina frekanseke cuda werin bikar anîn, da ku performansa aramiya frekansa mîkropêlê pir baştir bibe.
2. Ji bo çareserkirina pirsgirêka ku her du lazer di rêbaza berê de nehevgirtî ne û dengê qonaxa sînyalê pir mezin e, hevgirtina di navbera her du lazeran de dikare bi rêbaza kilîtkirina qonaxa frekansa derzîkirinê an jî bi çerxa kilîtkirina qonaxa bersiva neyînî were bidestxistin. Wêne 2 serîlêdanek tîpîk a kilîtkirina derzîkirinê nîşan dide da ku pirjimarên mîkropêlê çêbike (Wêne 2). Bi rasterast derzîkirina sînyalên herikîna frekansa bilind di lazerek nîvconductor de, an jî bi karanîna modulatorek qonaxa LinBO3, gelek sînyalên optîkî yên frekansên cûda bi navbera frekansên wekhev, an jî şaneyên frekansên optîkî dikarin werin çêkirin. Bê guman, rêbaza ku bi gelemperî ji bo bidestxistina şaneyek frekansa optîkî ya spektruma fireh tê bikar anîn ev e ku lazerek modê-kilîtkirî were bikar anîn. Her du sînyalên şaneyê di şaneya frekansa optîkî ya çêkirî de bi fîlterkirinê têne hilbijartin û bi rêzê ve di lazer 1 û 2 de têne derzîkirin da ku bi rêzê ve kilîtkirina frekans û qonaxê pêk bînin. Ji ber ku qonaxa di navbera sînyalên şaneyê yên cûda yên şaneya frekansa optîkî de nisbeten sabît e, da ku qonaxa nisbî di navbera her du lazeran de sabît be, û dûv re bi rêbaza frekansa cûda wekî ku berê hatî vegotin, sînyala mîkropêlê ya frekansa pir-qatî ya rêjeya dubarekirina şaneya frekansa optîkî dikare were bidestxistin.
Wêne 2. Nexşeya şematîk a sînyala duqatkirina frekansa mîkropêlê ku ji hêla kilîtkirina frekansa derzîkirinê ve hatî çêkirin.
Rêyek din ji bo kêmkirina dengê qonaxa nisbî ya her du lazeran, karanîna PLL-ya optîkî ya bi bersiva neyînî ye, wekî ku di Wêne 3-an de tê xuyang kirin.
Wêne 3. Nexşeya şematîk a OPL.
Prensîba PLL ya optîkî dişibihe ya PLL ya di warê elektronîkê de. Cudahiya qonaxa her du lazeran ji hêla fotodetektorek ve (wekhevî detektorek qonaxê) vediguhere sînyalek elektrîkî, û dûv re cudahiya qonaxa di navbera her du lazeran de bi çêkirina frekansek cûdahiyê bi çavkaniyek sînyala mîkropêlê ya referansê tê bidestxistin, ku tê zêdekirin û fîltrekirin û dûv re vedigere yekîneya kontrola frekansê ya yek ji lazeran (ji bo lazerên nîvconductor, ew herika derzîkirinê ye). Bi rêya çerxek kontrola bersiva neyînî ya wusa, qonaxa frekansa têkildar di navbera her du sînyalên lazerê de bi sînyala mîkropêlê ya referansê ve girêdayî ye. Sînyala optîkî ya hevgirtî dûv re dikare bi rêya fîberên optîkî veguhezîne fotodetektorek li cîhek din û veguherîne sînyala mîkropêlê. Dengê qonaxa encam a sînyala mîkropêlê hema hema wekî ya sînyala referansê di nav bandwidtha çerxa bersiva neyînî ya kilîtkirî ya qonaxê de ye. Dengê qonaxa li derveyî bandwidthê wekhevî dengê qonaxa têkildar a her du lazerên ne têkildar ên orîjînal e.
Herwiha, çavkaniya sînyala mîkropêlê ya referansê dikare ji hêla çavkaniyên sînyalê yên din ve bi rêya duqatkirina frekansê, frekansa dabeşker, an pêvajoyek din a frekansê were veguheztin, da ku sînyala mîkropêlê ya frekansa nizm dikare were duqatkirin, an jî were veguheztin bo sînyalên RF, THz ên frekansa bilind.
Li gorî kilîtkirina frekansa derzîkirinê tenê dikare duqatkirina frekansê bi dest bixe, xelekên kilîtkirî yên qonaxê nermtir in, dikarin frekansên hema hema kêfî hilberînin, û bê guman tevlihevtir in. Bo nimûne, şaneya frekansa optîkî ya ku ji hêla modulatorê fotoelektrîkî ve di Wêne 2 de hatî çêkirin wekî çavkaniya ronahiyê tê bikar anîn, û xeleka kilîtkirî ya qonaxa optîkî tê bikar anîn da ku bi awayekî bijartî frekansa her du lazeran bi her du sînyalên şaneya optîkî ve kilît bike, û dûv re sînyalên frekansa bilind bi rêya frekansa cûdahiyê çêbike, wekî ku di Wêne 4 de tê xuyang kirin. f1 û f2 bi rêzê ve frekansên sînyala referansê yên her du PLLS ne, û sînyalek mîkropêlê ya N*frep+f1+f2 dikare ji hêla frekansa cûdahiyê di navbera her du lazeran de were çêkirin.
Wêne 4. Nexşeya şematîk a çêkirina frekansên kêfî bi karanîna şaneyên frekansên optîkî û PLLS.
3. Ji bo veguherandina sînyala pulsa optîkî bo sînyala mîkropêlê, lazera pulsê ya moda-kilîtkirî bikar bînin.fotodetektor.
Sûdê sereke yê vê rêbazê ew e ku sînyalek bi aramiya frekansê pir baş û dengê qonaxa pir kêm dikare were bidestxistin. Bi kilîtkirina frekansê lazerê li spektrumek veguherîna atomî û molekulî ya pir aram, an jî valahiyek optîkî ya pir aram, û karanîna pergala rakirina frekansê ya xwe-dubarekirî, guheztina frekansê û teknolojiyên din, em dikarin sînyalek pulsa optîkî ya pir aram bi frekansek dubarekirina pir aram bi dest bixin, da ku sînyalek mîkropêlê bi dengê qonaxa pir kêm were bidestxistin. Wêne 5.
Wêne 5. Berawirdkirina dengê qonaxa nisbî ya çavkaniyên sînyalên cuda.
Lêbelê, ji ber ku rêjeya dubarekirina pulsê bi dirêjahiya valahîya lazerê re berevajî rêjeyî ye, û lazera moda-kilîtkirî ya kevneşopî mezin e, zehmet e ku rasterast sînyalên mîkropêlê yên frekanseke bilind werin bidestxistin. Wekî din, mezinahî, giranî û xerckirina enerjiyê ya lazerên pulskirî yên kevneşopî, û her weha hewcedariyên dijwar ên jîngehê, sepanên wan ên bi piranî laboratîf sînordar dikin. Ji bo derbaskirina van zehmetiyan, lêkolîn vê dawiyê li Dewletên Yekbûyî û Almanya dest pê kiriye ku bandorên ne-xêzik bikar tînin da ku şaneyên optîkî yên frekanseke-sabît di valahiyên optîkî yên moda çirp ên pir piçûk û bi kalîte bilind de çêbikin, ku di encamê de sînyalên mîkropêlê yên frekanseke-bilind û deng-nizm çêdikin.
4. osîlatora opto-elektronîkî, Wêne 6.
Wêne 6. Nexşeya şematîk a osîlatora fotoelektrîkî ya girêdayî.
Yek ji rêbazên kevneşopî yên çêkirina mîkropêlan an lazeran bikaranîna çerxek girtî ya xwe-feedback e, heya ku qezenca di çerxa girtî de ji windabûnê mezintir be, osîlasyona xwe-hezkirî dikare mîkropêlan an lazeran hilberîne. Faktora kalîteya Q ya çerxa girtî çiqas bilindtir be, dengê qonaxa sînyalê an frekansa wê ewqas piçûktir dibe. Ji bo zêdekirina faktora kalîteya çerxê, rêya rasterast ew e ku dirêjahiya çerxê zêde bibe û windabûna belavbûnê kêm bibe. Lêbelê, çerxek dirêjtir bi gelemperî dikare piştgiriya çêkirina gelek modên osîlasyonê bike, û heke fîlterek firehiya teng were zêdekirin, sînyalek osîlasyona mîkropêlê ya deng-nizm a yek-frekansê dikare were bidestxistin. Osîlatora pêvekirî ya fotoelektrîkî çavkaniyek sînyala mîkropêlê ye ku li ser vê ramanê ye, ew ji taybetmendiyên windabûna belavbûna kêm a fîberê bi tevahî sûd werdigire, bi karanîna fîberek dirêjtir ji bo baştirkirina nirxa Q ya çerxê, dikare sînyalek mîkropêlê bi dengê qonaxa pir kêm hilberîne. Ji ber ku rêbaz di salên 1990-an de hate pêşniyar kirin, ev celeb osîlator lêkolînek berfireh û pêşkeftinek girîng wergirtiye, û niha osîlatorên pêvekirî yên fotoelektrîkî yên bazirganî hene. Di demên dawî de, osîlatorên fotoelektrîkî yên ku frekansên wan dikarin li ser rêzek fireh werin verast kirin hatine pêşve xistin. Pirsgirêka sereke ya çavkaniyên sînyala mîkropêlê yên li ser bingeha vê mîmariyê ev e ku çerx dirêj e, û deng di herikîna wê ya azad (FSR) û frekansa wê ya duqat de dê bi girîngî zêde bibe. Wekî din, pêkhateyên fotoelektrîkî yên ku têne bikar anîn bêtir in, lêçûn zêde ye, kêmkirina qebareyê dijwar e, û fîbera dirêjtir ji têkçûna jîngehê re hesastir e.
Li jor bi kurtasî çend rêbazên çêkirina sînyalên mîkropêlê bi fotoelektronê, û her weha avantaj û dezavantajên wan têne nasîn. Di dawiyê de, karanîna fotoelektronan ji bo hilberîna mîkropêlê avantajeke din jî heye ku ew jî ev e ku sînyala optîkî dikare bi windahiyek pir kêm, veguhestina dûr û dirêj bi rêya fîbera optîkî ji her termînala karanînê re were belavkirin û dûv re veguhere sînyalên mîkropêlê, û şiyana berxwedana li hember destwerdana elektromagnetîk ji pêkhateyên elektronîkî yên kevneşopî pir çêtir e.
Nivîsandina vê gotarê bi piranî ji bo referansê ye, û digel ezmûna lêkolînê û tecrubeya nivîskar a di vî warî de, nerastî û nefêmkirin hene, ji kerema xwe fêm bikin.
Dema Postê: 03-01-2024