Бичил долгионы оптоэлектроникнэрнээс нь харахад энэ нь богино долгионы огтлолцол юмоптоэлектроникБичил долгион болон гэрлийн долгион нь цахилгаан соронзон долгион бөгөөд давтамж нь олон хэмжигдэхүүний дарааллаар ялгаатай бөгөөд тус тусын салбарт боловсруулсан бүрэлдэхүүн хэсэг болон технологиуд нь маш өөр юм. Хосолсон тохиолдолд бид бие биенийхээ давуу талыг ашиглаж болох ч хэрэгжүүлэхэд хэцүү шинэ хэрэглээ, шинж чанаруудыг тус тус авч чадна.
Оптик харилцаа холбоонь богино долгион болон фотоэлектронуудын хослолын тод жишээ юм. Эртний утас, телеграф утасгүй холбоо, дохио үүсгэх, тархах, хүлээн авах зэрэгт бүх богино долгионы төхөөрөмжүүдийг ашигладаг байсан. Бага давтамжтай цахилгаан соронзон долгионыг анх ашигладаг, учир нь давтамжийн хүрээ бага, дамжуулах сувгийн багтаамж бага байдаг. Шийдэл нь дамжуулсан дохионы давтамжийг нэмэгдүүлэх явдал юм, давтамж өндөр байх тусам спектрийн нөөц их байдаг. Гэхдээ агаарын тархалтын алдагдал их байгаа ч саад бэрхшээлээс болж амархан хаагдах боломжтой. Хэрэв кабель ашиглавал кабелийн алдагдал их бөгөөд холын зайн дамжуулалт асуудал үүсгэдэг. Шилэн кабелийн 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 том бөгөөд олон өөр 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 хүрээтэй, боловсорсон тул үүнээс илүүг дурдахгүй өнгөрч болохгүй. Энэхүү өгүүлэлд оптик харилцаа холбооноос бусад сүүлийн жилүүдэд гарсан богино долгионы оптоэлектроникийн шинэ судалгааны агуулгыг голчлон танилцуулж байна. Богино долгионы оптоэлектроник нь уламжлалт богино долгионы электрон эд ангиудаар хийхэд хэцүү гүйцэтгэл, хэрэглээг сайжруулах, хэрэгжүүлэхийн тулд оптоэлектроникийн салбарын арга, технологийг голчлон тээвэрлэгч болгон ашигладаг. Хэрэглээний үүднээс авч үзвэл энэ нь голчлон дараах гурван талыг хамардаг.
Эхнийх нь X зурвасаас THz зурвас хүртэл өндөр хүчин чадалтай, бага дуу чимээтэй богино долгионы дохио үүсгэхийн тулд оптоэлектроникийг ашиглах явдал юм.
Хоёрдугаарт, богино долгионы дохионы боловсруулалт. Үүнд саатал, шүүлтүүр, давтамж хувиргалт, хүлээн авах гэх мэт орно.
Гуравдугаарт, аналог дохио дамжуулах.
Энэ нийтлэлд зохиогч зөвхөн эхний хэсэг болох богино долгионы дохио үүсгэхийг танилцуулж байна. Уламжлалт богино долгионы миллиметрийн долгионыг голчлон iii_V микроэлектроник бүрэлдэхүүн хэсгүүд үүсгэдэг. Үүний хязгаарлалтууд нь дараах зүйлстэй: Нэгдүгээрт, 100GHz-ээс дээш өндөр давтамжийн хувьд уламжлалт микроэлектроникууд улам бүр бага эрчим хүч үйлдвэрлэж чаддаг бол өндөр давтамжийн THz дохионы хувьд тэд юу ч хийж чадахгүй. Хоёрдугаарт, фазын чимээ шуугианыг бууруулж, давтамжийн тогтвортой байдлыг сайжруулахын тулд анхны төхөөрөмжийг маш бага температуртай орчинд байрлуулах шаардлагатай. Гуравдугаарт, давтамжийн модуляцийн давтамжийн хөрвүүлэлтийн өргөн хүрээг бий болгоход хэцүү байдаг. Эдгээр асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд оптоэлектроник технологи үүрэг гүйцэтгэж болно. Үндсэн аргуудыг доор тайлбарлав.
1. Зураг 1-т үзүүлсэн шиг хоёр өөр давтамжийн лазер дохионы зөрүү давтамжаар дамжуулан өндөр давтамжийн фотодетекторыг богино долгионы дохиог хөрвүүлэхэд ашигладаг.
Зураг 1. Хоёр давтамжийн зөрүүгээр үүссэн богино долгионы бүдүүвч диаграммлазерууд.
Энэ аргын давуу талууд нь энгийн бүтэцтэй, маш өндөр давтамжтай миллиметрийн долгион, тэр ч байтугай THz давтамжийн дохио үүсгэж чаддаг бөгөөд лазерын давтамжийг тохируулснаар олон төрлийн хурдан давтамжийн хувиргалт, шүүрч авах давтамжийг хийж чаддаг. Сул тал нь хоёр холбоогүй лазерын дохиогоор үүссэн зөрүүний давтамжийн дохионы шугамын өргөн эсвэл фазын шуугиан харьцангуй том бөгөөд давтамжийн тогтвортой байдал өндөр биш, ялангуяа бага эзэлхүүнтэй боловч том шугамын өргөнтэй (~MHz) хагас дамжуулагч лазер ашигласан тохиолдолд юм. Хэрэв системийн жингийн эзэлхүүний шаардлага өндөр биш бол та бага шуугиантай (~kHz) хатуу төлөвт лазер ашиглаж болно.шилэн лазер, гадаад хөндийхагас дамжуулагч лазеруудгэх мэт. Үүнээс гадна, нэг лазерын хөндийд үүссэн хоёр өөр горимын лазер дохиог ашиглан зөрүү давтамж үүсгэх боломжтой бөгөөд ингэснээр богино долгионы давтамжийн тогтвортой байдлын гүйцэтгэлийг эрс сайжруулдаг.
2. Өмнөх аргын хоёр лазер нь хоорондоо уялдаа холбоогүй, үүссэн дохионы фазын шуугиан хэт их байгаа асуудлыг шийдэхийн тулд хоёр лазерын хоорондох уялдаа холбоог тарилгын давтамжийн түгжих фазын түгжих арга эсвэл сөрөг хариу урвалын фазын түгжих хэлхээгээр олж авч болно. Зураг 2-т богино долгионы үржвэр үүсгэх тарилгын түгжээний ердийн хэрэглээг харуулав (Зураг 2). Хагас дамжуулагч лазерт өндөр давтамжийн гүйдлийн дохиог шууд тарьж эсвэл LinBO3 фазын модулятор ашиглан ижил давтамжийн зайтай өөр өөр давтамжийн олон оптик дохиог эсвэл оптик давтамжийн сам үүсгэж болно. Мэдээжийн хэрэг, өргөн спектрийн оптик давтамжийн самыг олж авахад түгээмэл хэрэглэгддэг арга бол горимын түгжээтэй лазер ашиглах явдал юм. Үүсгэсэн оптик давтамжийн сам дахь дурын хоёр сам дохиог шүүлтүүрээр сонгож, лазер 1 ба 2-т тус тус тарьж, давтамж болон фазын түгжээг тус тус хэрэгжүүлдэг. Учир нь оптик давтамжийн самны өөр өөр сам дохионы хоорондох фаз харьцангуй тогтвортой тул хоёр лазерын хоорондох харьцангуй фаз тогтвортой байх бөгөөд дараа нь өмнө нь тайлбарласны дагуу зөрүүний давтамжийн аргаар оптик давтамжийн сам давталтын хурдны олон дахин давтагдах давтамжийн богино долгионы дохиог олж авч болно.
Зураг 2. Тарилгын давтамжийн түгжээгээр үүссэн богино долгионы давтамжийн хоёр дахин нэмэгдэх дохионы бүдүүвч диаграмм.
Хоёр лазерын харьцангуй фазын шуугианыг бууруулах өөр нэг арга бол Зураг 3-т үзүүлсэн шиг сөрөг хариу урвалын оптик PLL ашиглах явдал юм.
Зураг 3. OPL-ийн бүдүүвч диаграмм.
Оптик PLL-ийн зарчим нь электроникийн салбарт PLL-тэй төстэй юм. Хоёр лазерын фазын зөрүүг фотодетектор (фазын детектортой тэнцэхүйц) цахилгаан дохио болгон хувиргадаг бөгөөд дараа нь хоёр лазерын хоорондох фазын зөрүүг лавлах богино долгионы дохионы эх үүсвэртэй зөрүүний давтамж үүсгэх замаар олж авдаг бөгөөд үүнийг олшруулж, шүүж, дараа нь лазеруудын аль нэгнийх нь давтамжийн хяналтын нэгж рүү буцааж дамжуулдаг (хагас дамжуулагч лазерын хувьд энэ нь тарилгын гүйдэл юм). Ийм сөрөг хариу үйлдлийн хяналтын гогцооноор дамжуулан хоёр лазерын дохионы хоорондох харьцангуй давтамжийн фаз нь лавлах богино долгионы дохионд түгжигддэг. Дараа нь хосолсон оптик дохиог оптик шилэн кабелиар дамжуулан өөр газар байрлах фотодетектор руу дамжуулж, богино долгионы дохио болгон хувиргаж болно. Богино долгионы дохионы үүссэн фазын шуугиан нь фазаар түгжигдсэн сөрөг хариу үйлдлийн гогцооны зурвасын өргөн доторх лавлах дохионыхтой бараг ижил байна. Зурвасын өргөнөөс гадуурх фазын шуугиан нь анхны хоёр холбоогүй лазерын харьцангуй фазын шуугиантай тэнцүү байна.
Үүнээс гадна, лавлах богино долгионы дохионы эх үүсвэрийг давтамжийг хоёр дахин нэмэгдүүлэх, хуваагчийн давтамж эсвэл бусад давтамжийн боловсруулалтаар бусад дохионы эх үүсвэрээр хөрвүүлж болох бөгөөд ингэснээр бага давтамжийн богино долгионы дохиог олон дахин нэмэгдүүлэх эсвэл өндөр давтамжийн RF, THz дохио болгон хөрвүүлэх боломжтой.
Тарилгын давтамжийн түгжээ нь зөвхөн давтамжийг хоёр дахин нэмэгдүүлэх боломжтойтой харьцуулахад фазын түгжээтэй гогцоо нь илүү уян хатан, бараг дурын давтамж үүсгэж чаддаг бөгөөд мэдээж илүү төвөгтэй байдаг. Жишээлбэл, Зураг 2-т үзүүлсэн фотоэлектрик модуляторын үүсгэсэн оптик давтамжийн самыг гэрлийн эх үүсвэр болгон ашигладаг бөгөөд оптик фазын түгжээтэй гогцоог хоёр лазерын давтамжийг хоёр оптик сам дохионд сонгон түгжихэд ашигладаг бөгөөд дараа нь Зураг 4-т үзүүлсэн шиг зөрүүний давтамжаар дамжуулан өндөр давтамжийн дохио үүсгэдэг. f1 ба f2 нь тус тус хоёр PLLS-ийн лавлах дохионы давтамж бөгөөд хоёр лазерын хоорондох зөрүүний давтамжаар N*frep+f1+f2 богино долгионы дохиог үүсгэж болно.
Зураг 4. Оптик давтамжийн сам болон PLLS ашиглан дурын давтамж үүсгэх бүдүүвч диаграмм.
3. Оптик импульсийн дохиог богино долгионы дохио болгон хувиргахын тулд горим түгжигдсэн импульсийн лазер ашиглана ууфотодетектор.
Энэ аргын гол давуу тал нь маш сайн давтамжийн тогтвортой байдал, маш бага фазын шуугиантай дохиог гаргаж авах боломжтой юм. Лазерын давтамжийг маш тогтвортой атом ба молекулын шилжилтийн спектр буюу маш тогтвортой оптик хөндийд түгжиж, өөрөө давхарлах давтамжийг арилгах системийн давтамжийн шилжилт болон бусад технологийг ашигласнаар бид маш тогтвортой давталтын давтамжтай маш тогтвортой оптик импульсийн дохиог авч, улмаар хэт бага фазын шуугиантай богино долгионы дохиог гаргаж авах боломжтой. Зураг 5.
Зураг 5. Өөр өөр дохионы эх үүсвэрүүдийн харьцангуй фазын шуугианы харьцуулалт.
Гэсэн хэдий ч импульсийн давталтын хурд нь лазерын хөндийн урттай урвуу хамааралтай бөгөөд уламжлалт горимд түгжигдсэн лазер нь том хэмжээтэй тул өндөр давтамжтай богино долгионы дохиог шууд авахад хэцүү байдаг. Үүнээс гадна уламжлалт импульсийн лазерын хэмжээ, жин, эрчим хүчний хэрэглээ, мөн хүрээлэн буй орчны хатуу шаардлага нь тэдгээрийн голчлон лабораторийн хэрэглээг хязгаарладаг. Эдгээр бэрхшээлийг даван туулахын тулд саяхан АНУ, Германд маш жижиг, өндөр чанартай жиргэх горимд оптик хөндийд давтамжтай тогтвортой оптик сам үүсгэхийн тулд шугаман бус эффектийг ашиглан судалгаа эхэлсэн бөгөөд энэ нь эргээд өндөр давтамжтай нам дуу чимээтэй богино долгионы дохио үүсгэдэг.
4. оптик электрон осциллятор, Зураг 6.
Зураг 6. Фотоэлектрик холболттой осцилляторын бүдүүвч диаграмм.
Бичил долгион эсвэл лазер үүсгэх уламжлалт аргуудын нэг нь өөрөө хариу үйлдэл үзүүлдэг хаалттай гогцоо ашиглах явдал юм. Хаалттай гогцооны олшруулалт нь алдагдлаас их байвал өөрөө өдөөгдсөн хэлбэлзэл нь бичил долгион эсвэл лазер үүсгэж болно. Хаалттай гогцооны чанарын коэффициент Q өндөр байх тусам үүссэн дохионы фаз эсвэл давтамжийн шуугиан бага байх болно. Гогцооны чанарын коэффициентийг нэмэгдүүлэхийн тулд шууд арга бол гогцооны уртыг нэмэгдүүлж, тархалтын алдагдлыг багасгах явдал юм. Гэсэн хэдий ч илүү урт гогцоо нь ихэвчлэн олон төрлийн хэлбэлзлийн үүсэлтийг дэмжиж чаддаг бөгөөд нарийн зурвасын өргөн шүүлтүүр нэмбэл нэг давтамжтай бага шуугиантай бичил долгионы хэлбэлзлийн дохиог авах боломжтой. Фотоэлектрик холбогдсон осциллятор нь энэхүү санаан дээр суурилсан бичил долгионы дохионы эх үүсвэр бөгөөд энэ нь шилэн кабелийн бага тархалтын алдагдлын шинж чанарыг бүрэн ашигладаг бөгөөд гогцооны Q утгыг сайжруулахын тулд илүү урт шилэн кабелийг ашиглан маш бага фазын шуугиантай бичил долгионы дохиог гаргаж чаддаг. Энэ аргыг 1990-ээд онд санал болгосноос хойш энэ төрлийн осциллятор нь өргөн хүрээтэй судалгаа, мэдэгдэхүйц хөгжлийг авч, одоогоор арилжааны фотоэлектрик холбогдсон осцилляторууд байдаг. Саяхан давтамжийг өргөн хүрээнд тохируулах боломжтой фотоцахилгаан осцилляторуудыг боловсруулсан. Энэхүү архитектурт суурилсан богино долгионы дохионы эх үүсвэрүүдийн гол асуудал нь гогцоо урт бөгөөд чөлөөт урсгал (FSR) дахь шуугиан болон давхар давтамж мэдэгдэхүйц нэмэгдэх явдал юм. Үүнээс гадна ашигласан фотоцахилгаан бүрэлдэхүүн хэсгүүд илүү их, өртөг өндөр, эзэлхүүнийг багасгахад хэцүү, урт шилэн кабель нь хүрээлэн буй орчны нөлөөлөлд илүү мэдрэмтгий байдаг.
Дээрх нь богино долгионы дохиог фотоэлектроноор үүсгэх хэд хэдэн аргыг, мөн тэдгээрийн давуу болон сул талуудыг товч танилцуулж байна. Эцэст нь, богино долгион үйлдвэрлэхэд фотоэлектрон ашиглах нь бас нэг давуу талтай бөгөөд оптик дохиог маш бага алдагдалтайгаар шилэн кабелиар тарааж, ашиглалтын терминал бүрт холын зайд дамжуулж, дараа нь богино долгионы дохио болгон хувиргаж болох бөгөөд цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоог эсэргүүцэх чадвар нь уламжлалт электрон бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс мэдэгдэхүйц сайжирсан.
Энэхүү нийтлэлийг голчлон лавлагаа болгон бичсэн бөгөөд зохиогчийн өөрийн судалгааны туршлага, энэ чиглэлээрх туршлагатай хослуулсан боловч алдаатай, ойлгомжгүй зүйлс байгааг ойлгоно уу.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 1-р сарын 3