په مایکروویو آپټو الیکترونیکونو کې د مایکروویو سیګنال تولید اوسنی وضعیت او ګرم ځایونه

د مایکروویو آپټو الیکترونیکونهلکه څنګه چې نوم یې څرګندوي، د مایکروویو تقاطع ده اوآپټو الیکترونیک. مایکروویو او رڼا څپې الکترومقناطیسي څپې دي، او فریکونسۍ یې د اندازې ډیری مختلفې دي، او په خپلو اړوندو برخو کې رامینځته شوي اجزا او ټیکنالوژي خورا توپیر لري. په ترکیب کې، موږ کولی شو له یو بل څخه ګټه پورته کړو، مګر موږ کولی شو نوي غوښتنلیکونه او ځانګړتیاوې ترلاسه کړو چې په ترتیب سره یې درک کول ستونزمن دي.

نظري اړیکهد مایکروویو او فوتو الیکټرونونو د ترکیب یوه غوره بیلګه ده. د ټیلیفون او ټیلیګراف لومړني بېسیم مخابرات، د سیګنالونو تولید، تکثیر او استقبال، ټول کارول شوي مایکروویو وسایل. د ټیټ فریکونسۍ بریښنایی مقناطیسي څپې په پیل کې کارول کیږي ځکه چې د فریکونسۍ حد کوچنی دی او د لیږد لپاره د چینل ظرفیت کوچنی دی. حل دا دی چې د لیږد شوي سیګنال فریکونسۍ زیاته شي، فریکونسۍ لوړه وي، د سپیکٹرم سرچینې ډیرې وي. مګر د هوا د تکثیر ضایع کې د لوړ فریکونسۍ سیګنال لوی دی، مګر د خنډونو لخوا بندیدل هم اسانه دي. که کیبل وکارول شي، د کیبل ضایع لوی دی، او د اوږد واټن لیږد یوه ستونزه ده. د آپټیکل فایبر مخابراتو راڅرګندیدل د دې ستونزو لپاره ښه حل دی.نوري فایبرد لیږد ډیر ټیټ زیان لري او د اوږد واټن په اوږدو کې د سیګنالونو لیږدولو لپاره یو غوره کیریر دی. د رڼا څپو فریکونسي رینج د مایکروویو په پرتله خورا لوی دی او کولی شي په یو وخت کې ډیری مختلف چینلونه انتقال کړي. د دې ګټو له املهنظري لیږد، د نوري فایبر مخابرات د نن ورځې د معلوماتو د لیږد د ملا تیر ګرځیدلی دی.
نظري مخابرات اوږد تاریخ لري، څیړنه او تطبیق خورا پراخه او بالغ دي، دلته د نورو ویلو لپاره نه دی. دا مقاله په عمده توګه د نظري مخابرات پرته په وروستیو کلونو کې د مایکروویو آپټو الیکترونیکونو نوې څیړنې مینځپانګه معرفي کوي. مایکروویو آپټو الیکترونیکونه په عمده توګه د آپټو الیکترونیکونو په برخه کې میتودونه او ټیکنالوژي کاروي ترڅو د فعالیت او غوښتنلیک ښه کولو او ترلاسه کولو لپاره چې د دودیز مایکروویو بریښنایی اجزاو سره ترلاسه کول ستونزمن دي. د غوښتنلیک له نظره، دا په عمده توګه لاندې درې اړخونه شامل دي.
لومړی د آپټو الیکترونیکونو کارول دي چې د لوړ فعالیت، ټیټ شور مایکروویو سیګنالونه تولیدوي، د X-band څخه تر THz band پورې.
دوهم، د مایکروویو سیګنال پروسس کول. په شمول د ځنډ، فلټر کولو، فریکونسۍ بدلون، ترلاسه کول او داسې نور.
دریم، د انالوګ سیګنالونو لیږد.

په دې مقاله کې، لیکوال یوازې لومړۍ برخه معرفي کوي، د مایکروویو سیګنال تولید. دودیز مایکروویو ملی میتر څپې په عمده توګه د iii_V مایکرو الیکترونیکي اجزاو لخوا رامینځته کیږي. د دې محدودیتونه لاندې ټکي لري: لومړی، د لوړ فریکونسۍ لکه 100GHz پورته، دودیز مایکرو الیکترونیکي کولی شي لږ او لږ بریښنا تولید کړي، د لوړ فریکونسۍ THz سیګنال ته، دوی هیڅ نشي کولی. دوهم، د پړاو شور کمولو او د فریکونسۍ ثبات ښه کولو لپاره، اصلي وسیله باید په خورا ټیټ تودوخې چاپیریال کې ځای په ځای شي. دریم، د فریکونسۍ ماډلولوشن فریکونسي تبادلې پراخه لړۍ ترلاسه کول ګران دي. د دې ستونزو د حل لپاره، آپټو الیکترونیکي ټیکنالوژي کولی شي رول ولوبوي. اصلي میتودونه لاندې تشریح شوي.

۱. د دوه مختلفو فریکونسۍ لیزر سیګنالونو د توپیر فریکونسۍ له لارې، د لوړ فریکونسۍ فوتوډیټیکټر کارول کیږي ترڅو د مایکروویو سیګنالونه بدل کړي، لکه څنګه چې په ۱ شکل کې ښودل شوي.

شکل ۱. د مایکروویو سکیماتیک ډیاګرام چې د دوو فریکونسۍ توپیر لخوا رامینځته شویلیزرونه.

د دې طریقې ګټې ساده جوړښت دی، کولی شي خورا لوړ فریکونسي ملی میټر څپې او حتی THz فریکونسي سیګنال تولید کړي، او د لیزر فریکونسي تنظیم کولو سره کولی شي د ګړندي فریکونسي تبادلې، سویپ فریکونسۍ لوی لړۍ ترسره کړي. زیان یې دا دی چې د دوه غیر اړونده لیزر سیګنالونو لخوا رامینځته شوي د توپیر فریکونسي سیګنال د لاین ویډتھ یا فیز شور نسبتا لوی دی، او د فریکونسي ثبات لوړ نه دی، په ځانګړي توګه که چیرې د سیمیکمډکټر لیزر د کوچني حجم سره مګر لوی لاین ویډتھ (~MHz) کارول کیږي. که چیرې د سیسټم وزن حجم اړتیاوې لوړې نه وي، تاسو کولی شئ د ټیټ شور (~kHz) جامد حالت لیزرونه وکاروئ،فایبر لیزرونهبهرنۍ غارد سیمیکمډکټر لیزرونه، او داسې نور. سربیره پردې، د لیزر سیګنالونو دوه مختلف حالتونه چې په ورته لیزر غار کې رامینځته کیږي د توپیر فریکونسۍ رامینځته کولو لپاره هم کارول کیدی شي، ترڅو د مایکروویو فریکونسۍ ثبات فعالیت خورا ښه شي.

۲. د دې ستونزې د حل لپاره چې په تیرو میتود کې دوه لیزرونه بې بنسټه دي او د سیګنال پړاو شور ډیر لوی دی، د دوو لیزرونو ترمنځ همغږي د انجیکشن فریکونسي لاک کولو فیز لاک کولو میتود یا د منفي فیډبیک فیز لاک کولو سرکټ لخوا ترلاسه کیدی شي. شکل ۲ د مایکروویو ضربونو تولید لپاره د انجیکشن لاک کولو یو ځانګړی غوښتنلیک ښیې (شکل ۲). په مستقیم ډول د سیمیکمډکټر لیزر کې د لوړ فریکونسي اوسني سیګنالونو انجیکشن کولو سره، یا د LinBO3-فیز ماډلیټر په کارولو سره، د مساوي فریکونسي فاصلې سره د مختلف فریکونسۍ ډیری آپټیکل سیګنالونه تولید کیدی شي، یا آپټیکل فریکونسي کمبونه. البته، د پراخه سپیکٹرم آپټیکل فریکونسي کمب ترلاسه کولو لپاره معمولا کارول شوې میتود د موډ لاک شوي لیزر کارول دي. په تولید شوي آپټیکل فریکونسي کمب کې هر دوه کنگھ سیګنالونه د فلټر کولو له لارې غوره کیږي او په ترتیب سره لیزر ۱ او ۲ کې انجیکشن کیږي ترڅو په ترتیب سره فریکونسي او فیز لاک کول احساس کړي. ځکه چې د آپټیکل فریکونسي کنگهي د مختلفو کنگهي سیګنالونو ترمنځ مرحله نسبتا مستحکمه ده، نو د دوو لیزرونو ترمنځ نسبي مرحله مستحکمه ده، او بیا د توپیر فریکونسي میتود په واسطه لکه څنګه چې مخکې تشریح شوي، د آپټیکل فریکونسي کنگهي د تکرار نرخ څو ځله فریکونسي مایکروویو سیګنال ترلاسه کیدی شي.

شکل ۲. د مایکروویو فریکونسۍ دوه چنده کولو سیګنال سکیماتیک ډیاګرام چې د انجیکشن فریکونسۍ بندولو لخوا رامینځته کیږي.
د دوو لیزرونو د نسبي پړاو شور کمولو بله لاره د منفي فیډبیک آپټیکل PLL کارول دي، لکه څنګه چې په شکل 3 کې ښودل شوي.

شکل ۳. د OPL سکیماتیک ډیاګرام.

د آپټیکل PLL اصل د الیکترونیک په برخه کې د PLL سره ورته دی. د دوو لیزرونو د پړاو توپیر د فوتوډیټیکټر (د فیز ډیټیکټر سره مساوي) لخوا په بریښنایی سیګنال بدلیږي، او بیا د دوو لیزرونو ترمنځ د پړاو توپیر د حوالې مایکروویو سیګنال سرچینې سره د توپیر فریکونسي په جوړولو سره ترلاسه کیږي، کوم چې پراخ شوی او فلټر شوی او بیا د یو لیزر د فریکونسي کنټرول واحد ته بیرته ورکول کیږي (د سیمیکمډکټر لیزرونو لپاره، دا د انجیکشن جریان دی). د داسې منفي فیډبیک کنټرول لوپ له لارې، د دوو لیزر سیګنالونو ترمنځ د نسبي فریکونسي مرحله د حوالې مایکروویو سیګنال سره تړل کیږي. ګډ آپټیکل سیګنال بیا د آپټیکل فایبرونو له لارې بل ځای ته فوتوډیټیکټر ته لیږدول کیدی شي او په مایکروویو سیګنال بدلیدلی شي. د مایکروویو سیګنال پایله لرونکی مرحله شور تقریبا د فیز لاک شوي منفي فیډبیک لوپ د بینډ ویت دننه د حوالې سیګنال سره ورته دی. د بینډ ویت څخه بهر د فیز شور د اصلي دوه غیر اړونده لیزرونو د نسبي فیز شور سره مساوي دی.
برسېره پردې، د حوالې مایکروویو سیګنال سرچینه د نورو سیګنال سرچینو لخوا د فریکونسي دوه چنده کولو، ویشونکي فریکونسي، یا نورو فریکونسي پروسس کولو له لارې هم بدلیدلی شي، ترڅو د ټیټ فریکونسي مایکروویو سیګنال څو چنده شي، یا د لوړ فریکونسي RF، THz سیګنالونو ته بدل شي.
د انجیکشن فریکونسي لاک کولو په پرتله یوازې د فریکونسي دوه چنده ترلاسه کیدی شي، د فیز لاک شوي لوپونه ډیر انعطاف منونکي دي، تقریبا خپل سري فریکونسي تولید کولی شي، او البته ډیر پیچلي دي. د مثال په توګه، په شکل 2 کې د فوټو الیکټریک ماډلیټر لخوا رامینځته شوی آپټیکل فریکونسي کمب د رڼا سرچینې په توګه کارول کیږي، او آپټیکل فیز لاک شوی لوپ د دوه لیزرونو فریکونسي په انتخابي ډول د دوه آپټیکل کمب سیګنالونو ته د لاک کولو لپاره کارول کیږي، او بیا د توپیر فریکونسۍ له لارې د لوړ فریکونسي سیګنالونه تولیدوي، لکه څنګه چې په شکل 4 کې ښودل شوي. f1 او f2 په ترتیب سره د دوو PLLS د حوالې سیګنال فریکونسۍ دي، او د N*frep+f1+f2 مایکروویو سیګنال د دوو لیزرونو ترمنځ د توپیر فریکونسۍ لخوا تولید کیدی شي.

شکل ۴. د آپټیکل فریکونسۍ کامبونو او PLLS په کارولو سره د خپل سري فریکونسۍ تولیدولو سکیماتیک ډیاګرام.

۳. د موډ لاک شوي نبض لیزر څخه کار واخلئ ترڅو د آپټیکل نبض سیګنال په مایکروویو سیګنال بدل کړئد عکس کشف کوونکی.

د دې طریقې اصلي ګټه دا ده چې د ډیر ښه فریکونسۍ ثبات او ډیر ټیټ فیز شور سره سیګنال ترلاسه کیدی شي. د لیزر فریکونسۍ د خورا مستحکم اټومي او مالیکولر لیږد سپیکٹرم، یا خورا مستحکم آپټیکل غار ته د بندولو سره، او د ځان دوه چنده فریکونسۍ له منځه وړلو سیسټم فریکونسۍ بدلون او نورو ټیکنالوژیو په کارولو سره، موږ کولی شو د خورا مستحکم تکرار فریکونسۍ سره یو ډیر مستحکم آپټیکل نبض سیګنال ترلاسه کړو، ترڅو د الټرا ټیټ فیز شور سره د مایکروویو سیګنال ترلاسه کړو. شکل 5.

شکل ۵. د مختلفو سیګنال سرچینو د نسبي پړاو شور پرتله کول.

په هرصورت، ځکه چې د نبض تکرار کچه د لیزر د غار اوږدوالي سره په معکوس ډول متناسب ده، او دودیز موډ لاک شوی لیزر لوی دی، نو د لوړ فریکونسۍ مایکروویو سیګنالونه په مستقیم ډول ترلاسه کول ګران دي. سربیره پردې، د دودیزو نبض شوي لیزرونو اندازه، وزن او د انرژۍ مصرف، او همدارنګه سخت چاپیریالي اړتیاوې، د دوی په عمده توګه د لابراتوار غوښتنلیکونه محدودوي. د دې ستونزو د لرې کولو لپاره، په دې وروستیو کې په متحده ایالاتو او جرمني کې څیړنې پیل شوې چې د غیر خطي اغیزو په کارولو سره په خورا کوچني، لوړ کیفیت لرونکي چیرپ موډ آپټیکل غارونو کې د فریکونسۍ مستحکم آپټیکل کمبونه تولید کړي، کوم چې په پایله کې د لوړ فریکونسۍ ټیټ شور مایکروویو سیګنالونه تولیدوي.

۴. د آپټو الکترونیکي اوسیلیټر، شکل ۶.

شکل ۶. د فوتو الیکټریک جوړه شوي اوسیلیټر سکیماتیک ډیاګرام.

د مایکروویو یا لیزرونو د تولید لپاره د دودیزو میتودونو څخه یو د ځان فیډبیک تړل شوي لوپ کارول دي، تر هغه چې په تړل شوي لوپ کې ګټه د زیان څخه زیاته وي، د ځان هڅول شوی oscillation کولی شي مایکروویو یا لیزرونه تولید کړي. د تړل شوي لوپ د کیفیت فاکتور Q څومره لوړ وي، د تولید شوي سیګنال مرحله یا فریکونسي شور کوچنی وي. د لوپ د کیفیت فاکتور زیاتولو لپاره، مستقیمه لاره د لوپ اوږدوالی زیاتول او د تکثیر ضایع کمول دي. په هرصورت، اوږد لوپ معمولا د څو طریقو د تثبیت کولو ملاتړ کولی شي، او که چیرې د تنګ بینډ ویت فلټر اضافه شي، نو د واحد فریکونسۍ ټیټ شور مایکروویو oscillation سیګنال ترلاسه کیدی شي. فوتو الیکټریک جوړه شوی oscillator د دې مفکورې پراساس د مایکروویو سیګنال سرچینه ده، دا د فایبر د ټیټ تکثیر ضایع ځانګړتیاو څخه بشپړه ګټه پورته کوي، د لوپ Q ارزښت ښه کولو لپاره د اوږد فایبر په کارولو سره، کولی شي د خورا ټیټ پړاو شور سره د مایکروویو سیګنال تولید کړي. څرنګه چې دا طریقه په 1990 لسیزه کې وړاندیز شوې وه، دا ډول oscillator پراخه څیړنه او د پام وړ پرمختګ ترلاسه کړی، او اوس مهال سوداګریز فوتو الیکټریک جوړه شوی oscillators شتون لري. په دې وروستیو کې، د فوتو الیکټریک اوسیلیټرونه رامینځته شوي چې فریکونسۍ یې په پراخه کچه تنظیم کیدی شي. د دې جوړښت پراساس د مایکرو ویو سیګنال سرچینو اصلي ستونزه دا ده چې لوپ اوږد دی، او د هغې په آزاد جریان (FSR) کې شور او د هغې دوه ګونی فریکونسۍ به د پام وړ زیاته شي. سربیره پردې، کارول شوي فوتو الیکټریک اجزا ډیر دي، لګښت یې لوړ دی، حجم یې کمول ستونزمن دي، او اوږد فایبر د چاپیریال ګډوډۍ ته ډیر حساس دی.

پورته په لنډه توګه د مایکروویو سیګنالونو د فوتو الیکټرون تولید څو میتودونه معرفي کوي، او همدارنګه د دوی ګټې او زیانونه. په پای کې، د مایکروویو تولید لپاره د فوتو الیکټرونونو کارول بله ګټه لري دا ده چې آپټیکل سیګنال د آپټیکل فایبر له لارې د خورا ټیټ زیان سره توزیع کیدی شي، د هر کارونې ټرمینل ته اوږد واټن لیږد او بیا د مایکروویو سیګنالونو ته بدلیږي، او د الکترومقناطیسي مداخلې مقاومت کولو وړتیا د دودیزو بریښنایی اجزاو په پرتله د پام وړ ښه شوې ده.
د دې مقالې لیکل په عمده توګه د حوالې لپاره دي، او د لیکوال د خپلې څیړنې تجربې او پدې برخه کې تجربې سره یوځای، غلطۍ او ناپوهۍ شتون لري، مهرباني وکړئ پوه شئ.