Бичил долгионы оптоэлектроник, нэрнээс нь харахад богино долгионы уулзвар баоптоэлектроник. Богино долгион ба гэрлийн долгион нь цахилгаан соронзон долгион бөгөөд давтамж нь өөр өөр хэмжээтэй, тус тусын салбарт боловсруулсан бүрэлдэхүүн хэсгүүд, технологиуд нь маш өөр байдаг. Хосолсон байдлаар бид бие биенийхээ давуу талыг ашиглаж болох боловч тус тусад нь хэрэгжүүлэхэд хэцүү шинэ хэрэглээ, шинж чанаруудыг олж авах боломжтой.
Оптик харилцаа холбоонь богино долгионы болон фотоэлектронуудын хослолын тод жишээ юм. Эрт үеийн утас, телеграф утасгүй холбоо, дохио үүсгэх, түгээх, хүлээн авах, ашигласан бүх богино долгионы төхөөрөмжүүд. Давтамжийн хүрээ бага, дамжуулах сувгийн багтаамж бага тул бага давтамжийн цахилгаан соронзон долгионыг анх ашигладаг. Шийдэл нь дамжуулагдсан дохионы давтамжийг нэмэгдүүлэх, давтамж өндөр байх тусам спектрийн нөөцийг нэмэгдүүлэх явдал юм. Гэхдээ агаарын тархалтын алдагдал дахь өндөр давтамжийн дохио нь том боловч саад тотгороор хаагдахад хялбар байдаг. Хэрэв кабель ашигласан бол кабелийн алдагдал их, хол зайд дамжуулах нь асуудалтай байдаг. Оптик шилэн холбоо үүссэн нь эдгээр асуудлыг шийдвэрлэх сайн шийдэл юм.Оптик шилэндамжуулах алдагдал маш бага бөгөөд хол зайд дохио дамжуулах маш сайн тээвэрлэгч юм. Гэрлийн долгионы давтамжийн хүрээ нь богино долгионыхоос хамаагүй их бөгөөд олон янзын сувгийг нэгэн зэрэг дамжуулж чаддаг. Эдгээр давуу талуудын улмаасоптик дамжуулалт, шилэн кабелийн холбоо нь өнөөгийн мэдээлэл дамжуулах гол тулгуур болсон.
Оптик харилцаа холбоо нь урт удаан түүхтэй, судалгаа, хэрэглээ нь маш өргөн цар хүрээтэй, боловсорч гүйцсэн тул үүнээс илүүг хэлэх гэсэнгүй. Энэхүү нийтлэлд сүүлийн жилүүдэд оптик холбооноос бусад богино долгионы оптоэлектроникийн судалгааны шинэ агуулгыг голчлон танилцуулж байна. Бичил долгионы оптоэлектроник нь уламжлалт богино долгионы электрон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн гүйцэтгэл, хэрэглээг сайжруулах, сайжруулахын тулд оптоэлектроникийн салбарт голчлон ашигладаг арга, технологийг ашигладаг. Хэрэглээний үүднээс авч үзвэл энэ нь үндсэндээ дараах гурван талыг агуулна.
Эхнийх нь X зурвасаас THz зурвас хүртэл өндөр хүчин чадалтай, дуу чимээ багатай богино долгионы дохиог үүсгэхийн тулд оптоэлектроник ашиглах явдал юм.
Хоёрдугаарт, богино долгионы дохио боловсруулах. Үүнд саатал, шүүлт, давтамж хувиргах, хүлээн авах гэх мэт.
Гуравдугаарт, аналог дохиог дамжуулах.
Энэ нийтлэлд зохиогч зөвхөн эхний хэсэг болох богино долгионы дохиог бий болгодог. Уламжлалт богино долгионы миллиметр долгион нь голчлон iii_V микроэлектроник бүрэлдэхүүн хэсгүүдээр үүсгэгддэг. Үүний хязгаарлалтууд нь дараахь цэгүүдтэй байдаг: Нэгд, 100GHz гэх мэт өндөр давтамжийн хувьд уламжлалт микроэлектроникууд нь бага ба бага эрчим хүч үйлдвэрлэж, өндөр давтамжийн THz дохио хүртэл юу ч хийж чадахгүй. Хоёрдугаарт, фазын дуу чимээг багасгах, давтамжийн тогтвортой байдлыг сайжруулахын тулд анхны төхөөрөмжийг маш бага температурт байрлуулах шаардлагатай. Гуравдугаарт, өргөн хүрээний давтамжийн модуляцын давтамж хувиргахад хүрэхэд хэцүү байдаг. Эдгээр асуудлыг шийдэхийн тулд оптоэлектроник технологи нь үүрэг гүйцэтгэж чадна. Үндсэн аргуудыг доор тайлбарлав.
1. Хоёр өөр давтамжийн лазер дохионы давтамжийн зөрүүгээр дамжуулан 1-р зурагт үзүүлсэн шиг богино долгионы дохиог хувиргахад өндөр давтамжийн фотодетектор ашигладаг.
Зураг 1. Хоёр давтамжийн зөрүүгээр үүссэн богино долгионы бүдүүвч диаграмлазерууд.
Энэ аргын давуу тал нь энгийн бүтэцтэй, маш өндөр давтамжийн миллиметр долгион, тэр ч байтугай THz давтамжийн дохиог үүсгэж чаддаг бөгөөд лазерын давтамжийг тохируулснаар маш олон төрлийн хурдан давтамжийн хувиргалт, шүүрдэх давтамжийг хийж чаддаг. Сул тал нь харилцан хамааралгүй хоёр лазер дохиогоор үүсгэгдсэн ялгаа давтамжийн дохионы шугамын өргөн буюу фазын шуугиан нь харьцангуй их, давтамжийн тогтворжилт нь өндөр биш, ялангуяа бага эзэлхүүнтэй боловч шугамын өргөн (~MHz) ихтэй хагас дамжуулагч лазер юм. ашигласан. Хэрэв системийн жингийн эзэлхүүний шаардлага өндөр биш бол та дуу чимээ багатай (~кГц) хатуу төлөвт лазер ашиглаж болно.шилэн лазер, гадаад хөндийхагас дамжуулагч лазер, гэх мэт. Үүнээс гадна ижил лазерын хөндийд үүссэн лазер дохионы хоёр өөр горимыг мөн ялгаа давтамжийг бий болгоход ашиглаж болох бөгөөд ингэснээр богино долгионы давтамжийн тогтвортой байдлын гүйцэтгэл ихээхэн сайжирна.
2. Өмнөх аргын хоёр лазер нь уялдаа холбоогүй, үүссэн дохионы фазын дуу чимээ хэт их байна гэсэн асуудлыг шийдэхийн тулд хоёр лазерын хоорондын уялдаа холбоог тарилгын давтамжийг түгжих фазын түгжих арга эсвэл сөрөг эргэх фазын тусламжтайгаар олж болно. түгжих хэлхээ. Зураг 2-т богино долгионы үржвэрийг үүсгэхийн тулд тарилгын түгжих ердийн хэрэглээг харуулав (Зураг 2). Өндөр давтамжийн гүйдлийн дохиог хагас дамжуулагч лазер руу шууд оруулах эсвэл LinBO3 фазын модулятор ашиглан ижил давтамжийн зайтай өөр өөр давтамжийн олон тооны оптик дохиог эсвэл оптик давтамжийн самнуудыг үүсгэж болно. Мэдээжийн хэрэг, өргөн хүрээний оптик давтамжийн сам авахын тулд түгээмэл хэрэглэгддэг арга бол горим түгжигдсэн лазерыг ашиглах явдал юм. Үүсгэсэн оптик давтамжийн самн дахь дурын хоёр сам дохиог шүүлтүүрээр сонгож, давтамж болон фазын түгжээг хэрэгжүүлэхийн тулд лазер 1 ба 2-т тус тус шахдаг. Оптик давтамжийн самнах янз бүрийн сам дохионы хоорондох фаз нь харьцангуй тогтвортой байдаг тул хоёр лазерын хоорондох харьцангуй фаз тогтвортой байх ба дараа нь өмнө дурдсан давтамжийн зөрүүний аргаар олон дахин давтамжийн давтамжийн богино долгионы дохио оптик давтамжийн сам давталтын хурдыг авч болно.
Зураг 2. Тарилгын давтамжийг түгжих замаар үүссэн богино долгионы давтамжийг хоёр дахин нэмэгдүүлэх дохионы бүдүүвч диаграм.
Хоёр лазерын харьцангуй фазын дуу чимээг багасгах өөр нэг арга бол 3-р зурагт үзүүлсэн шиг сөрөг хариу үйлдэл бүхий оптик PLL ашиглах явдал юм.
Зураг 3. OPL-ийн бүдүүвч диаграмм.
Оптик PLL-ийн зарчим нь электроникийн салбарт PLL-тэй төстэй. Хоёр лазерын фазын зөрүүг фотодетектор (фазын детектортой тэнцэхүйц) цахилгаан дохио болгон хувиргаж, дараа нь олшруулсан жишиг богино долгионы дохионы эх үүсвэрээр ялгаа давтамжийг гаргаж хоёр лазерын фазын зөрүүг олж авдаг. мөн шүүж, дараа нь лазеруудын аль нэгний давтамжийн хяналтын нэгж рүү буцаан тэжээгддэг (хагас дамжуулагч лазерын хувьд энэ нь тарилгын гүйдэл юм). Ийм сөрөг санал хүсэлтийн хяналтын хүрдээр дамжуулан хоёр лазер дохионы хоорондох харьцангуй давтамжийн үе шат нь жишиг богино долгионы дохионд түгжигддэг. Дараа нь хосолсон оптик дохиог оптик утаснуудаар дамжуулан өөр газар байрлах фотодетектор руу дамжуулж, богино долгионы дохио болгон хувиргаж болно. Богино долгионы дохионы үр дүнд үүссэн фазын дуу чимээ нь фазын түгжигдсэн сөрөг эргэх хэлхээний зурвасын өргөн дэх лавлагааны дохионыхтой бараг ижил байна. Дамжуулах зурвасын өргөнөөс гадуурх фазын дуу чимээ нь анхны хоёр хамааралгүй лазерын харьцангуй фазын дуу чимээтэй тэнцүү байна.
Нэмж дурдахад, жишиг богино долгионы дохионы эх үүсвэрийг давтамжийг хоёр дахин нэмэгдүүлэх, хуваагч давтамж эсвэл бусад давтамжийн боловсруулалтаар өөр дохионы эх үүсвэрээр хөрвүүлэх боломжтой бөгөөд ингэснээр доод давтамжийн богино долгионы дохиог олон дахин нэмэгдүүлэх эсвэл өндөр давтамжийн RF, THz дохио болгон хувиргах боломжтой.
Тарилгын давтамжийг түгжихтэй харьцуулахад зөвхөн давтамжийг хоёр дахин нэмэгдүүлэх боломжтой, фазын түгжигдсэн гогцоонууд нь илүү уян хатан, бараг дурын давтамжийг үүсгэж чаддаг, мэдээжийн хэрэг илүү төвөгтэй байдаг. Жишээлбэл, 2-р зурагт үзүүлсэн фотоэлектрик модулятороор үүсгэгдсэн оптик давтамжийн самыг гэрлийн эх үүсвэр болгон ашигладаг бөгөөд оптик фазын түгжигдсэн гогцоо нь хоёр лазерын давтамжийг хоёр оптик сам дохионд сонгон түгжихэд ашигладаг. 4-р зурагт үзүүлсэн шиг ялгаа давтамжаар дамжуулан өндөр давтамжийн дохионууд. f1 ба f2 нь тус тус хоёр PLLS-ийн жишиг дохионы давтамж бөгөөд N*frep+f1+f2 давтамжийн зөрүүгээр богино долгионы дохиог үүсгэж болно. хоёр лазер.
Зураг 4. Оптик давтамжийн сам болон PLLS ашиглан дурын давтамжийг үүсгэх бүдүүвч диаграмм.
3. Оптик импульсийн дохиог бичил долгионы дохио болгон хувиргахын тулд горим түгжигдсэн импульсийн лазерыг ашигланафото илрүүлэгч.
Энэ аргын гол давуу тал нь маш сайн давтамжийн тогтвортой байдал, маш бага фазын дуу чимээтэй дохиог олж авах боломжтой юм. Лазерын давтамжийг маш тогтвортой атом ба молекулын шилжилтийн спектр эсвэл маш тогтвортой оптик хөндийд түгжиж, өөрөө давхардах давтамжийг арилгах систем давтамжийн шилжилт болон бусад технологийг ашигласнаар бид маш тогтвортой оптик импульсийн дохиог олж авах боломжтой. хэт бага фазын дуу чимээ бүхий богино долгионы дохиог авахын тулд маш тогтвортой давталтын давтамж. Зураг 5.
Зураг 5. Янз бүрийн дохионы эх үүсвэрийн харьцангуй фазын дуу чимээний харьцуулалт.
Гэсэн хэдий ч импульсийн давталтын хурд нь лазерын хөндийн урттай урвуу хамааралтай бөгөөд уламжлалт горим түгжигдсэн лазер нь том хэмжээтэй байдаг тул өндөр давтамжийн богино долгионы дохиог шууд олж авахад хэцүү байдаг. Нэмж дурдахад уламжлалт импульсийн лазерын хэмжээ, жин, эрчим хүчний хэрэглээ, түүнчлэн байгаль орчны хатуу шаардлага нь лабораторийн үндсэн хэрэглээг хязгаарладаг. Эдгээр хүндрэлийг даван туулахын тулд АНУ, Герман улсад шугаман бус эффект ашиглан маш жижиг, өндөр чанартай жиргээний горимын оптик ховилд давтамж тогтворжсон оптик самнуудыг үүсгэж, улмаар өндөр давтамжийн дуу чимээ багатай богино долгионы дохио үүсгэдэг судалгааг саяхан эхлүүлсэн.
4. opto электрон осциллятор, Зураг 6.
Зураг 6. Фотоэлектрик хосолсон осцилляторын бүдүүвч диаграмм.
Богино долгионы эсвэл лазер үүсгэх уламжлалт аргуудын нэг бол хаалттай гогцооны ашиг нь алдагдлаас их байвал өөрөө өдөөгдөх хэлбэлзэл нь богино долгионы эсвэл лазер үүсгэдэг. Хаалттай давталтын чанарын хүчин зүйл Q өндөр байх тусам үүссэн дохионы фаз эсвэл давтамжийн дуу чимээ бага байх болно. Гогцооны чанарын хүчин зүйлийг нэмэгдүүлэхийн тулд гогцооны уртыг нэмэгдүүлэх, тархалтын алдагдлыг багасгах шууд арга юм. Гэсэн хэдий ч урт гогцоо нь ихэвчлэн хэлбэлзлийн олон горимыг бий болгоход тусалдаг бөгөөд хэрэв нарийн зурвасын шүүлтүүр нэмбэл нэг давтамжтай дуу чимээ багатай богино долгионы хэлбэлзлийн дохиог авах боломжтой. Фотоэлектрик хосолсон осциллятор нь энэхүү санаан дээр тулгуурласан бичил долгионы дохионы эх үүсвэр бөгөөд утаснуудын тархалт багатай алдагдах шинж чанарыг бүрэн ашиглаж, давталтын Q утгыг сайжруулахын тулд илүү урт утас ашиглан фазын дуу чимээ багатай богино долгионы дохиог гаргаж чаддаг. Энэ аргыг 1990-ээд онд санал болгосноос хойш энэ төрлийн осциллятор нь өргөн хүрээний судалгаа, нэлээд хөгжүүлэлт хийсэн бөгөөд одоогоор арилжааны фотоэлектрик осцилляторууд байдаг. Сүүлийн үед давтамжийг өргөн хүрээнд тохируулах боломжтой фотоэлектрик осцилляторууд бүтээгдсэн. Энэхүү архитектурт суурилсан богино долгионы дохионы эх үүсвэрийн гол асуудал бол гогцоо нь урт бөгөөд түүний чөлөөт урсгал дахь дуу чимээ (FSR) болон давхар давтамж нь мэдэгдэхүйц нэмэгдэх болно. Үүнээс гадна ашигласан фотоэлектрик бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь илүү их, өртөг өндөр, эзэлхүүнийг багасгахад хэцүү, урт утас нь хүрээлэн буй орчны эвдрэлд илүү мэдрэмтгий байдаг.
Дээрх нь богино долгионы дохиог фотоэлектрон үүсгэх хэд хэдэн аргууд, түүнчлэн тэдгээрийн давуу болон сул талуудыг товч танилцуулав. Эцэст нь бичил долгион үйлдвэрлэхэд фотоэлектрон ашиглах нь бас нэг давуу талтай: оптик дохио нь маш бага алдагдалтай оптик шилэн дундуур тархаж, ашиглалтын терминал болгонд хол зайд дамжуулж, улмаар богино долгионы дохио болгон хувиргах, цахилгаан соронзон долгионыг эсэргүүцэх чадвартай байдаг. хөндлөнгийн оролцоо нь уламжлалт электрон бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс хамаагүй сайжирсан.
Энэхүү нийтлэлийг бичихдээ голчлон лавлагаа өгөх зорилготой бөгөөд зохиогчийн өөрийн судалгааны туршлага, энэ чиглэлээр хийсэн туршлагатай хослуулан алдаа, ойлгомжгүй зүйл байгааг ойлгоно уу.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 1-р сарын 03-ны хооронд