मायक्रोवेव्ह ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्समध्ये मायक्रोवेव्ह सिग्नल निर्मितीची सद्य परिस्थिती आणि हॉट स्पॉट्स

मायक्रोवेव्ह ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स, नावानुसार, मायक्रोवेव्हचे छेदनबिंदू आणिऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स? मायक्रोवेव्ह आणि हलके लाटा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा आहेत आणि वारंवारता भिन्नतेच्या अनेक ऑर्डर आहेत आणि त्यांच्या संबंधित क्षेत्रात विकसित केलेले घटक आणि तंत्रज्ञान खूप भिन्न आहेत. एकत्रितपणे, आम्ही एकमेकांचा फायदा घेऊ शकतो, परंतु आम्हाला अनुक्रमे नवीन अनुप्रयोग आणि वैशिष्ट्ये मिळू शकतात ज्यांना अनुक्रमे लक्षात घेणे कठीण आहे.

ऑप्टिकल कम्युनिकेशनमायक्रोवेव्ह आणि फोटोइलेक्ट्रॉनच्या संयोजनाचे मुख्य उदाहरण आहे. लवकर टेलिफोन आणि टेलिग्राफ वायरलेस संप्रेषण, पिढी, प्रसार आणि सिग्नलचे रिसेप्शन, सर्व वापरलेले मायक्रोवेव्ह डिव्हाइस. कमी वारंवारता इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा सुरुवातीला वापरल्या जातात कारण वारंवारता श्रेणी लहान असते आणि प्रसारणाची चॅनेल क्षमता कमी असते. समाधान म्हणजे प्रसारित सिग्नलची वारंवारता वाढविणे, वारंवारता जितके जास्त असेल तितके स्पेक्ट्रम संसाधने. परंतु एअर प्रसार कमी होण्याचे उच्च वारंवारता सिग्नल मोठे आहे, परंतु अडथळ्यांद्वारे अवरोधित करणे देखील सोपे आहे. केबल वापरल्यास, केबलचे नुकसान मोठे आहे आणि लांब पल्ल्याच्या प्रसारणाची समस्या आहे. ऑप्टिकल फायबर संप्रेषणाचा उदय या समस्यांचे एक चांगला उपाय आहे.ऑप्टिकल फायबरखूप कमी ट्रान्समिशन तोटा आहे आणि लांब अंतरावर सिग्नल प्रसारित करण्यासाठी एक उत्कृष्ट वाहक आहे. प्रकाश लाटाची वारंवारता श्रेणी मायक्रोवेव्हच्या तुलनेत जास्त असते आणि एकाच वेळी बर्‍याच भिन्न चॅनेल प्रसारित करू शकते. च्या या फायद्यांमुळेऑप्टिकल ट्रान्समिशन, ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन हा आजच्या माहिती प्रसारणाचा कणा बनला आहे.
ऑप्टिकल कम्युनिकेशनचा दीर्घ इतिहास आहे, संशोधन आणि अनुप्रयोग खूप विस्तृत आणि प्रौढ आहेत, येथे अधिक सांगायचे नाही. हा पेपर ऑप्टिकल कम्युनिकेशन व्यतिरिक्त अलिकडच्या वर्षांत मायक्रोवेव्ह ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सच्या नवीन संशोधन सामग्रीची ओळख करुन देतो. मायक्रोवेव्ह ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स पारंपारिक मायक्रोवेव्ह इलेक्ट्रॉनिक घटकांसह साध्य करणे अवघड आहे अशी कार्यक्षमता आणि अनुप्रयोग सुधारण्यासाठी आणि साध्य करण्यासाठी ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सच्या क्षेत्रातील पद्धती आणि तंत्रज्ञान वापरते. अनुप्रयोगाच्या दृष्टीकोनातून, यात प्रामुख्याने खालील तीन बाबींचा समावेश आहे.
प्रथम एक्स-बँडपासून टीएचझेड बँडपर्यंत उच्च-कार्यक्षमता, लो-आवाज मायक्रोवेव्ह सिग्नल तयार करण्यासाठी ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सचा वापर आहे.
दुसरे, मायक्रोवेव्ह सिग्नल प्रक्रिया. विलंब, फिल्टरिंग, वारंवारता रूपांतरण, प्राप्त करणे इत्यादी.
तिसरे, अ‍ॅनालॉग सिग्नलचे प्रसारण.

या लेखात, लेखक केवळ मायक्रोवेव्ह सिग्नलची निर्मिती, पहिला भाग सादर करतो. पारंपारिक मायक्रोवेव्ह मिलिमीटर वेव्ह प्रामुख्याने III_V मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक घटकांद्वारे व्युत्पन्न केली जाते. त्याच्या मर्यादांमध्ये खालील मुद्दे आहेतः प्रथम, वरील 100 जीएचझेडसारख्या उच्च वारंवारतेस, पारंपारिक मायक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स कमी -जास्त शक्ती निर्माण करू शकतात, उच्च वारंवारता टीएचझेड सिग्नल, ते काहीही करू शकत नाहीत. दुसरे म्हणजे, टप्प्याचा आवाज कमी करण्यासाठी आणि वारंवारता स्थिरता सुधारण्यासाठी, मूळ डिव्हाइस अत्यंत कमी तापमान वातावरणात ठेवणे आवश्यक आहे. तिसर्यांदा, वारंवारता मॉड्युलेशन वारंवारता रूपांतरणाची विस्तृत श्रेणी प्राप्त करणे कठीण आहे. या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञान भूमिका बजावू शकते. मुख्य पद्धती खाली वर्णन केल्या आहेत.

1. दोन भिन्न वारंवारता लेसर सिग्नलच्या फरक वारंवारतेद्वारे, आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, मायक्रोवेव्ह सिग्नल रूपांतरित करण्यासाठी उच्च-वारंवारता फोटोडेटेक्टरचा वापर केला जातो.

आकृती 1. दोनच्या फरक वारंवारतेद्वारे व्युत्पन्न मायक्रोवेव्हचे योजनाबद्ध आकृतीलेसर.

या पद्धतीचे फायदे सोपी रचना आहेत, अत्यंत उच्च वारंवारता मिलिमीटर वेव्ह आणि अगदी टीएचझेड फ्रिक्वेन्सी सिग्नल तयार करू शकतात आणि लेसरची वारंवारता समायोजित केल्याने मोठ्या प्रमाणात वेगवान वारंवारता रूपांतरण, स्वीप वारंवारता मिळू शकते. गैरसोय म्हणजे दोन असंबंधित लेसर सिग्नलद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या फरक वारंवारता सिग्नलचा लाइनविड्थ किंवा फेज आवाज तुलनेने मोठा आहे आणि वारंवारता स्थिरता जास्त नाही, विशेषत: जर लहान व्हॉल्यूमसह सेमीकंडक्टर लेसर परंतु मोठ्या लाइनविड्थ (~ मेगाहर्ट्झ) वापरला गेला असेल. जर सिस्टम वेट व्हॉल्यूमची आवश्यकता जास्त नसेल तर आपण कमी आवाज (~ केएचझेड) सॉलिड-स्टेट लेसर वापरू शकता,फायबर लेसर, बाह्य पोकळीसेमीकंडक्टर लेसर, इ. याव्यतिरिक्त, समान लेसर पोकळीमध्ये व्युत्पन्न केलेल्या लेसर सिग्नलच्या दोन भिन्न पद्धती देखील भिन्न वारंवारता निर्माण करण्यासाठी वापरल्या जाऊ शकतात, जेणेकरून मायक्रोवेव्ह वारंवारता स्थिरता कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारली जाईल.

२. मागील पद्धतीतील दोन लेसर विसंगत आहेत आणि सिग्नल फेजचा आवाज खूपच मोठा आहे या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, दोन लेसरमधील सुसंगतता इंजेक्शन फ्रीक्वेंसी लॉकिंग फेज लॉकिंग पद्धत किंवा नकारात्मक अभिप्राय फेज लॉकिंग सर्किटद्वारे मिळू शकते. आकृती 2 मायक्रोवेव्ह गुणाकार व्युत्पन्न करण्यासाठी इंजेक्शन लॉकिंगचा एक विशिष्ट अनुप्रयोग दर्शवितो (आकृती 2). सेमीकंडक्टर लेसरमध्ये उच्च वारंवारता चालू सिग्नल थेट इंजेक्शन देऊन किंवा लिनबो 3-फेज मॉड्यूलेटर वापरुन, समान वारंवारता अंतर असलेल्या भिन्न फ्रिक्वेन्सीचे एकाधिक ऑप्टिकल सिग्नल तयार केले जाऊ शकतात किंवा ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब्स तयार केले जाऊ शकतात. अर्थात, विस्तृत स्पेक्ट्रम ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कंघी मिळविण्यासाठी सामान्यतः वापरली जाणारी पद्धत म्हणजे मोड-लॉक केलेले लेसर वापरणे. व्युत्पन्न केलेल्या ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कंघीमधील कोणतेही दोन कंघी सिग्नल अनुक्रमे वारंवारता आणि फेज लॉकिंगची जाणीव करण्यासाठी अनुक्रमे फिल्टरिंगद्वारे निवडले जातात आणि अनुक्रमे लेसर 1 आणि 2 मध्ये इंजेक्शन दिले जातात. ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कंघीच्या वेगवेगळ्या कंघी सिग्नल दरम्यानचा टप्पा तुलनेने स्थिर आहे, जेणेकरून दोन लेसरमधील सापेक्ष टप्पा स्थिर असेल आणि नंतर पूर्वी वर्णन केल्यानुसार फरक वारंवारतेच्या पद्धतीनुसार, ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कंघी पुनरावृत्ती दराचा बहु-पट वारंवारता मायक्रोवेव्ह सिग्नल मिळू शकतो.

आकृती 2. इंजेक्शन फ्रीक्वेंसी लॉकिंगद्वारे व्युत्पन्न मायक्रोवेव्ह फ्रीक्वेंसी डबलिंग सिग्नलचे स्कीमॅटिक आकृती.
आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे दोन लेसरचा सापेक्ष टप्पा आवाज कमी करण्याचा आणखी एक मार्ग म्हणजे नकारात्मक अभिप्राय ऑप्टिकल पीएलएल वापरणे.

आकृती 3. ओपीएलचे स्कीमॅटिक डायग्राम.

ऑप्टिकल पीएलएलचे तत्व इलेक्ट्रॉनिक्सच्या क्षेत्रातील पीएलएलसारखेच आहे. दोन लेसरचा टप्पा फरक फोटोडेटेक्टर (फेज डिटेक्टरच्या समतुल्य) द्वारे विद्युत सिग्नलमध्ये रूपांतरित केला जातो आणि नंतर दोन लेसरमधील टप्प्यातील फरक संदर्भ मायक्रोवेव्ह सिग्नल स्त्रोतासह फरक वारंवारता बनवून प्राप्त केला जातो, जो लेसरच्या एका लेसरच्या (सध्याच्या लेसरच्या) वारंवारता नियंत्रण युनिटला परत आला आहे. अशा नकारात्मक फीडबॅक कंट्रोल लूपद्वारे, दोन लेसर सिग्नलमधील सापेक्ष वारंवारता टप्पा संदर्भ मायक्रोवेव्ह सिग्नलला लॉक केला जातो. त्यानंतर एकत्रित ऑप्टिकल सिग्नल ऑप्टिकल फायबरद्वारे इतरत्र फोटोडेटेक्टरमध्ये प्रसारित केले जाऊ शकते आणि मायक्रोवेव्ह सिग्नलमध्ये रूपांतरित केले जाऊ शकते. मायक्रोवेव्ह सिग्नलचा परिणामी टप्पा आवाज फेज-लॉक केलेल्या नकारात्मक अभिप्राय लूपच्या बँडविड्थमधील संदर्भ सिग्नल प्रमाणेच आहे. बँडविड्थच्या बाहेरील टप्प्यातील आवाज मूळ दोन असंबंधित लेसरच्या संबंधित टप्प्यातील आवाजाच्या बरोबरीचा आहे.
याव्यतिरिक्त, संदर्भ मायक्रोवेव्ह सिग्नल स्त्रोत इतर सिग्नल स्त्रोतांद्वारे वारंवारता दुप्पट करणे, विभाजक वारंवारता किंवा इतर वारंवारता प्रक्रियेद्वारे देखील रूपांतरित केले जाऊ शकते, जेणेकरून कमी वारंवारता मायक्रोवेव्ह सिग्नल बहु-संभोग होऊ शकेल किंवा उच्च-वारंवारता आरएफ, टीएचझेड सिग्नलमध्ये रूपांतरित होऊ शकेल.
इंजेक्शन फ्रिक्वेन्सी लॉकिंगच्या तुलनेत केवळ वारंवारता दुप्पट मिळू शकते, फेज-लॉक केलेले लूप अधिक लवचिक असतात, जवळजवळ अनियंत्रित वारंवारता तयार करू शकतात आणि अर्थातच अधिक जटिल असतात. उदाहरणार्थ, आकृती 2 मधील फोटोइलेक्ट्रिक मॉड्युलेटरद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कंगवाला प्रकाश स्त्रोत म्हणून वापरला जातो आणि ऑप्टिकल फेज-लॉक केलेल्या लूपचा वापर दोन ऑप्टिकल कंघी सिग्नलवर दोन लेसरची वारंवारता निवडकपणे लॉक करण्यासाठी केला जातो, आणि नंतर आकृती 4 मध्ये दर्शविल्यानुसार, पीएल 1 मध्ये दर्शविल्या जाणार्‍या वारंवारतेनुसार, एफ 1 आणि एफ 1 मध्ये दर्शविल्या जाणा .्या पीडन 2 मध्ये दर्शविल्या जातात. एन*एफआरईपी+एफ 1+एफ 2 दोन लेसरमधील फरक वारंवारतेद्वारे व्युत्पन्न केले जाऊ शकते.

आकृती 4. ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कंघी आणि पीएलएल वापरुन अनियंत्रित फ्रिक्वेन्सी तयार करण्याचे योजनाबद्ध आकृती.

3. ऑप्टिकल पल्स सिग्नलला मायक्रोवेव्ह सिग्नलमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी मोड-लॉक्ड पल्स लेसर वापराफोटोडेटेक्टर.

या पद्धतीचा मुख्य फायदा असा आहे की खूप चांगली वारंवारता स्थिरता आणि अत्यंत कमी टप्प्यातील आवाजासह सिग्नल मिळू शकतो. लेसरची वारंवारता अत्यंत स्थिर अणु आणि आण्विक संक्रमण स्पेक्ट्रमवर किंवा अत्यंत स्थिर ऑप्टिकल पोकळीवर लॉक करून आणि सेल्फ-डबलिंग फ्रीक्वेंसी एलिमिनेशन सिस्टम फ्रीक्वेंसी शिफ्ट आणि इतर तंत्रज्ञानाचा वापर, आम्ही अल्ट्राव्ह-लव्ह सिग्नलसह अत्यंत स्थिर ऑप्टिकल पल्स सिग्नल मिळवू शकतो, म्हणूनच मायक्रोव्ह फेजसह मायक्रोव्ह सिग्नलसह. आकृती 5.

आकृती 5. भिन्न सिग्नल स्त्रोतांच्या सापेक्ष टप्प्यातील आवाजाची तुलना.

तथापि, कारण नाडी पुनरावृत्ती दर लेसरच्या पोकळीच्या लांबीच्या विपरित प्रमाणात प्रमाणात आहे आणि पारंपारिक मोड-लॉक केलेला लेसर मोठा आहे, म्हणूनच थेट उच्च वारंवारता मायक्रोवेव्ह सिग्नल मिळविणे कठीण आहे. याव्यतिरिक्त, पारंपारिक स्पंदित लेसरचे आकार, वजन आणि उर्जा वापर तसेच कठोर पर्यावरणीय आवश्यकता त्यांच्या मुख्यतः प्रयोगशाळेच्या अनुप्रयोगांना मर्यादित करतात. या अडचणींवर मात करण्यासाठी, अलीकडेच युनायटेड स्टेट्स आणि जर्मनीमध्ये नॉनलाइनर इफेक्टचा वापर करून फारच लहान, उच्च-गुणवत्तेच्या चिर्प मोड ऑप्टिकल पोकळींमध्ये वारंवारता-स्थिर ऑप्टिकल कॉम्ब तयार करण्यासाठी संशोधन सुरू झाले आहे, ज्यामुळे उच्च-वारंवारता कमी-ध्वनी मायक्रोवेव्ह सिग्नल तयार होतात.

4. ऑप्टो इलेक्ट्रॉनिक ऑसीलेटर, आकृती 6.

आकृती 6. फोटोइलेक्ट्रिक युग्मित ऑसीलेटरचे स्कीमॅटिक डायग्राम.

मायक्रोवेव्ह किंवा लेसर तयार करण्याच्या पारंपारिक पद्धतींपैकी एक म्हणजे सेल्फ-फीडबॅक बंद लूप वापरणे, जोपर्यंत बंद लूपमधील नफा तोटापेक्षा जास्त असेल तोपर्यंत स्वत: ची उत्साही दोलन मायक्रोवेव्ह किंवा लेसर तयार करू शकते. बंद लूपचा गुणवत्ता घटक क्यू जितका उच्च असेल तितका व्युत्पन्न सिग्नल फेज किंवा वारंवारता आवाज. लूपचा गुणवत्ता घटक वाढविण्यासाठी, थेट मार्ग म्हणजे लूपची लांबी वाढविणे आणि प्रसार कमी होणे कमी करणे. तथापि, एक लांबलचक लूप सहसा दोलनच्या एकाधिक मोडच्या निर्मितीस समर्थन देऊ शकतो आणि जर अरुंद-बँडविड्थ फिल्टर जोडला गेला तर एकल-वारंवारता लो-आवाज मायक्रोवेव्ह ऑसीलेशन सिग्नल मिळू शकेल. फोटोइलेक्ट्रिक युग्मित ऑसीलेटर या कल्पनेवर आधारित मायक्रोवेव्ह सिग्नल स्त्रोत आहे, लूप क्यू मूल्य सुधारण्यासाठी लांब फायबरचा वापर करून फायबरच्या कमी प्रसार कमी करण्याच्या वैशिष्ट्यांचा पूर्ण वापर करतो, अगदी कमी टप्प्यातील आवाजासह मायक्रोवेव्ह सिग्नल तयार करू शकतो. १ 1990 1990 ० च्या दशकात ही पद्धत प्रस्तावित असल्याने, या प्रकारच्या ऑसीलेटरला व्यापक संशोधन आणि सिंहाचा विकास मिळाला आहे आणि सध्या व्यावसायिक फोटोइलेक्ट्रिक युग्मित ऑसीलेटर आहेत. अलीकडेच, फोटोइलेक्ट्रिक ऑसीलेटर ज्यांची वारंवारता विस्तृत श्रेणीत समायोजित केली जाऊ शकते. या आर्किटेक्चरवर आधारित मायक्रोवेव्ह सिग्नल स्त्रोतांची मुख्य समस्या अशी आहे की लूप लांब आहे आणि त्याच्या मुक्त प्रवाहातील आवाज (एफएसआर) आणि त्याची दुहेरी वारंवारता लक्षणीय वाढविली जाईल. याव्यतिरिक्त, वापरलेले फोटोइलेक्ट्रिक घटक अधिक आहेत, किंमत जास्त आहे, व्हॉल्यूम कमी करणे अवघड आहे आणि दीर्घ फायबर पर्यावरणीय त्रासासाठी अधिक संवेदनशील आहे.

वरील भागात मायक्रोवेव्ह सिग्नलच्या फोटोइलेक्ट्रॉन निर्मितीच्या अनेक पद्धती तसेच त्यांचे फायदे आणि तोटे सादर केले आहेत. अखेरीस, मायक्रोवेव्ह तयार करण्यासाठी फोटोइलेक्ट्रॉनचा वापर आणखी एक फायदा आहे की ऑप्टिकल सिग्नल ऑप्टिकल फायबरद्वारे अत्यंत कमी तोटासह वितरित केला जाऊ शकतो, प्रत्येक वापर टर्मिनलमध्ये लांब-अंतराचे प्रसारण आणि नंतर मायक्रोवेव्ह सिग्नलमध्ये रूपांतरित केले जाऊ शकते आणि पारंपारिक इलेक्ट्रॉनिक घटकांपेक्षा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेपाचा प्रतिकार करण्याची क्षमता लक्षणीय सुधारली आहे.
या लेखाचे लेखन प्रामुख्याने संदर्भासाठी आहे आणि लेखकाच्या स्वतःच्या संशोधन अनुभवासह आणि या क्षेत्रातील अनुभवासह, चुकीचे आणि समजूतदारपणा आहेत, कृपया समजून घ्या.