موجوده صورتحال ۽ مائڪرو ويف آپٽو اليڪٽرانڪس ۾ مائڪرو ويف سگنل جنريشن جا گرم هنڌ

مائڪرو ويڪرو آپٽو اليڪٽرانڪس، جيئن نالو مشورو ڏئي ٿو، مائڪرو ويڪرو ۽ جو سنگم آهيآپٽو اليڪٽرانڪس. مائڪرو ويز ۽ روشني جون لهرون برقي مقناطيسي لهرون آهن، ۽ انهن جي فريڪوئنسي مختلف شدتن جا ڪيترائي آرڊر آهن، ۽ انهن جي لاڳاپيل شعبن ۾ ترقي يافته جزا ۽ ٽيڪنالاجيون تمام مختلف آهن. ميلاپ ۾، اسان هڪ ٻئي جو فائدو وٺي سگهون ٿا، پر اسان نوان ايپليڪيشن ۽ خاصيتون حاصل ڪري سگهون ٿا جيڪي ترتيب وار محسوس ڪرڻ ڏکيو آهن.

آپٽيڪل ڪميونيڪيشنمائڪرو ويز ۽ فوٽو اليڪٽران جي ميلاپ جو هڪ بهترين مثال آهي. شروعاتي ٽيليفون ۽ ٽيليگراف وائرليس ڪميونيڪيشن، سگنلن جي پيداوار، تبليغ ۽ استقبال، سڀ استعمال ٿيندڙ مائڪرو ويف ڊوائيسز. گهٽ فريڪوئنسي برقي مقناطيسي لهرون شروعاتي طور تي استعمال ڪيون وينديون آهن ڇاڪاڻ ته فريڪوئنسي رينج ننڍي هوندي آهي ۽ ٽرانسميشن لاءِ چينل جي گنجائش ننڍي هوندي آهي. حل اهو آهي ته منتقل ٿيل سگنل جي فريڪوئنسي کي وڌايو وڃي، فريڪوئنسي جيتري وڌيڪ هوندي، اوترو وڌيڪ اسپيڪٽرم وسيلا. پر هوائي پروپيگيشن نقصان ۾ اعليٰ فريڪوئنسي سگنل وڏو هوندو آهي، پر رڪاوٽن جي ڪري بلاڪ ٿيڻ به آسان هوندو آهي. جيڪڏهن ڪيبل استعمال ڪيو ويندو آهي، ته ڪيبل جو نقصان وڏو هوندو آهي، ۽ ڊگهي فاصلي جي ٽرانسميشن هڪ مسئلو آهي. آپٽيڪل فائبر ڪميونيڪيشن جو ظهور انهن مسئلن جو هڪ سٺو حل آهي.آپٽيڪل فائبران ۾ ٽرانسميشن نقصان تمام گهٽ آهي ۽ ڊگهي فاصلي تي سگنلن جي منتقلي لاءِ هڪ بهترين ڪيريئر آهي. روشني جي لهرن جي فريڪوئنسي رينج مائڪرو ويڪرو کان تمام گهڻي آهي ۽ هڪ ئي وقت ڪيترائي مختلف چينل منتقل ڪري سگهي ٿي. انهن فائدن جي ڪريآپٽيڪل ٽرانسميشن، آپٽيڪل فائبر ڪميونيڪيشن اڄ جي معلومات جي منتقلي جي ريڙهه بڻجي چڪو آهي.
آپٽيڪل ڪميونيڪيشن جي هڪ ڊگهي تاريخ آهي، تحقيق ۽ ايپليڪيشن تمام وسيع ۽ پختو آهن، هتي وڌيڪ چوڻ لاءِ ناهي. هي پيپر بنيادي طور تي آپٽيڪل ڪميونيڪيشن کان علاوه تازو سالن ۾ مائڪرو ويڪرو آپٽو اليڪٽرانڪس جي نئين تحقيقي مواد کي متعارف ڪرائي ٿو. مائڪرو ويڪرو آپٽو اليڪٽرانڪس بنيادي طور تي آپٽو اليڪٽرانڪس جي ميدان ۾ طريقن ۽ ٽيڪنالاجي کي ڪيريئر طور استعمال ڪري ٿو ته جيئن ڪارڪردگي ۽ ايپليڪيشن کي بهتر بڻائي سگهجي ۽ حاصل ڪري سگهجي جيڪي روايتي مائڪرو ويڪرو اليڪٽرانڪ حصن سان حاصل ڪرڻ ڏکيو آهن. ايپليڪيشن جي نقطي نظر کان، ان ۾ بنيادي طور تي هيٺيان ٽي پهلو شامل آهن.
پهريون آپٽو اليڪٽرانڪس جو استعمال آهي جيڪو ايڪس بينڊ کان وٺي THz بينڊ تائين اعليٰ ڪارڪردگي، گهٽ شور وارا مائڪرو ويڪرو سگنل پيدا ڪري ٿو.
ٻيو، مائڪرو ويڪرو سگنل پروسيسنگ. دير، فلٽرنگ، فريڪوئنسي ڪنورشن، وصول ڪرڻ ۽ انهي سميت.
ٽيون، اينالاگ سگنلن جي منتقلي.

هن مضمون ۾، ليکڪ صرف پهريون حصو متعارف ڪرايو آهي، مائڪرو ويف سگنل جي پيداوار. روايتي مائڪرو ويف مليميٽر لهر بنيادي طور تي iii_V مائڪرو اليڪٽرانڪ حصن مان پيدا ٿئي ٿي. ان جون حدون هيٺ ڏنل نقطا آهن: پهريون، 100GHz کان مٿي جهڙين اعليٰ فريڪوئنسين تائين، روايتي مائڪرو اليڪٽرانڪس گهٽ ۽ گهٽ طاقت پيدا ڪري سگهن ٿا، اعليٰ فريڪوئنسي THz سگنل تائين، اهي ڪجهه به نٿا ڪري سگهن. ٻيو، فيز شور کي گهٽائڻ ۽ فريڪوئنسي استحڪام کي بهتر بڻائڻ لاءِ، اصل ڊوائيس کي انتهائي گهٽ درجه حرارت واري ماحول ۾ رکڻ جي ضرورت آهي. ٽيون، فريڪوئنسي ماڊوليشن فريڪوئنسي ڪنورشن جي وسيع رينج حاصل ڪرڻ ڏکيو آهي. انهن مسئلن کي حل ڪرڻ لاءِ، آپٽو اليڪٽرانڪ ٽيڪنالاجي ڪردار ادا ڪري سگهي ٿي. مکيه طريقا هيٺ بيان ڪيا ويا آهن.

1. ٻن مختلف فريڪوئنسي ليزر سگنلن جي فرق فريڪوئنسي ذريعي، هڪ هاءِ فريڪوئنسي فوٽوڊيڪٽر استعمال ڪيو ويندو آهي مائڪرو ويڪرو سگنلن کي تبديل ڪرڻ لاءِ، جيئن شڪل 1 ۾ ڏيکاريل آهي.

شڪل 1. ٻن جي فرق جي فريڪوئنسي سان پيدا ٿيندڙ مائڪرو ويڪرو جو اسڪيميٽڪ ڊاگرامليزر.

هن طريقي جا فائدا سادي بناوت آهن، انتهائي تيز فريڪوئنسي ملي ميٽر ويڪر ۽ حتي THz فريڪوئنسي سگنل پيدا ڪري سگهن ٿا، ۽ ليزر جي فريڪوئنسي کي ترتيب ڏيڻ سان تيز فريڪوئنسي ڪنورشن، سوئپ فريڪوئنسي جي وڏي رينج کي انجام ڏئي سگهن ٿا. نقصان اهو آهي ته ٻن غير لاڳاپيل ليزر سگنلن پاران پيدا ٿيندڙ فرق فريڪوئنسي سگنل جي لائن ويڊٿ يا فيز شور نسبتا وڏو آهي، ۽ فريڪوئنسي استحڪام وڌيڪ نه آهي، خاص طور تي جيڪڏهن هڪ سيمي ڪنڊڪٽر ليزر هڪ ننڍڙو حجم سان پر هڪ وڏو لائن ويڊٿ (~MHz) استعمال ڪيو وڃي. جيڪڏهن سسٽم جي وزن جي مقدار جون گهرجون وڌيڪ نه آهن، ته توهان گهٽ شور (~kHz) سولڊ اسٽيٽ ليزر استعمال ڪري سگهو ٿا،فائبر ليزر، ٻاهرين غارسيمي ڪنڊڪٽر ليزر، وغيره. ان کان علاوه، ساڳئي ليزر ڪيفي ۾ پيدا ٿيندڙ ليزر سگنلن جا ٻه مختلف طريقا پڻ فرق فريڪوئنسي پيدا ڪرڻ لاءِ استعمال ڪري سگھجن ٿا، ته جيئن مائڪرو ويڪرو فريڪوئنسي استحڪام جي ڪارڪردگي تمام گهڻي بهتر ٿئي.

2. ان مسئلي کي حل ڪرڻ لاءِ ته پوئين طريقي ۾ ٻه ليزر بي ترتيب آهن ۽ سگنل فيز شور پيدا ٿئي ٿو تمام وڏو، ٻن ليزرن جي وچ ۾ هم آهنگي انجيڪشن فريڪوئنسي لاڪنگ فيز لاڪنگ طريقو يا منفي موٽ فيز لاڪنگ سرڪٽ ذريعي حاصل ڪري سگهجي ٿي. شڪل 2 مائڪرو ويڪرو ملٽيپلز پيدا ڪرڻ لاءِ انجيڪشن لاڪنگ جي هڪ عام ايپليڪيشن ڏيکاري ٿي (شڪل 2). هڪ سيمي ڪنڊڪٽر ليزر ۾ سڌو سنئون هاءِ فريڪوئنسي ڪرنٽ سگنلز کي انجيڪشن ڪندي، يا لن بي او 3-فيز ماڊيوليٽر استعمال ڪندي، برابر فريڪوئنسي اسپيسنگ سان مختلف فريڪوئنسي جا ڪيترائي آپٽيڪل سگنل پيدا ڪري سگهجن ٿا، يا آپٽيڪل فريڪوئنسي ڪومبس. يقيناً، وسيع اسپيڪٽرم آپٽيڪل فريڪوئنسي ڪومب حاصل ڪرڻ لاءِ عام طور تي استعمال ٿيندڙ طريقو موڊ-لاڪ ٿيل ليزر استعمال ڪرڻ آهي. پيدا ٿيل آپٽيڪل فريڪوئنسي ڪومب ۾ ڪو به ٻه ڪومب سگنل فلٽرنگ ذريعي چونڊيا ويندا آهن ۽ ترتيب وار فريڪوئنسي ۽ فيز لاڪنگ کي محسوس ڪرڻ لاءِ ليزر 1 ۽ 2 ۾ انجيڪشن ڪيا ويندا آهن. ڇاڪاڻ ته آپٽيڪل فريڪوئنسي ڪمب جي مختلف ڪمب سگنلن جي وچ ۾ مرحلو نسبتاً مستحڪم هوندو آهي، تنهن ڪري ٻن ليزرن جي وچ ۾ نسبتاً مرحلو مستحڪم هوندو آهي، ۽ پوءِ فرق جي فريڪوئنسي جي طريقي سان جيئن اڳ بيان ڪيو ويو آهي، آپٽيڪل فريڪوئنسي ڪمب جي ورجائي جي شرح جو ملٽي فولڊ فريڪوئنسي مائڪرو ويڪرو سگنل حاصل ڪري سگهجي ٿو.

شڪل 2. انجيڪشن فريڪوئنسي لاڪنگ ذريعي پيدا ٿيندڙ مائڪرو ويڪرو فريڪوئنسي ڊبلنگ سگنل جو اسڪيميٽڪ ڊاگرام.
ٻن ليزرن جي لاڳاپيل مرحلي جي شور کي گهٽائڻ جو ٻيو طريقو منفي موٽ آپٽيڪل PLL استعمال ڪرڻ آهي، جيئن شڪل 3 ۾ ڏيکاريل آهي.

شڪل 3. او پي ايل جو اسڪيميٽڪ ڊاگرام.

آپٽيڪل پي ايل ايل جو اصول اليڪٽرانڪس جي ميدان ۾ پي ايل ايل سان ملندڙ جلندڙ آهي. ٻن ليزرن جي مرحلي جي فرق کي فوٽو ڊيٽيڪٽر (هڪ فيز ڊيٽيڪٽر جي برابر) ذريعي برقي سگنل ۾ تبديل ڪيو ويندو آهي، ۽ پوءِ ٻن ليزرن جي وچ ۾ مرحلي جي فرق کي ريفرنس مائڪرو ويڪرو سگنل سورس سان فرق فريڪوئنسي ٺاهي حاصل ڪيو ويندو آهي، جيڪو وڌايو ويندو آهي ۽ فلٽر ڪيو ويندو آهي ۽ پوءِ هڪ ليزر جي فريڪوئنسي ڪنٽرول يونٽ ڏانهن واپس فيڊ ڪيو ويندو آهي (سيمي ڪنڊڪٽر ليزر لاءِ، اهو انجيڪشن ڪرنٽ آهي). اهڙي منفي موٽ ڪنٽرول لوپ ذريعي، ٻن ليزر سگنلن جي وچ ۾ نسبتي فريڪوئنسي مرحلو ريفرنس مائڪرو ويڪرو سگنل سان بند ڪيو ويندو آهي. گڏيل آپٽيڪل سگنل کي پوءِ آپٽيڪل فائبر ذريعي ٻئي هنڌ فوٽو ڊيٽيڪٽر ڏانهن منتقل ڪري سگهجي ٿو ۽ مائڪرو ويڪرو سگنل ۾ تبديل ڪري سگهجي ٿو. مائڪرو ويڪرو سگنل جو نتيجو مرحلو شور تقريباً مرحلو بند ٿيل منفي موٽ لوپ جي بينڊوڊٿ اندر ريفرنس سگنل جي برابر آهي. بينڊوڊٿ کان ٻاهر مرحلو شور اصل ٻن غير لاڳاپيل ليزرن جي نسبتي فيز شور جي برابر آهي.
ان کان علاوه، ريفرنس مائڪرو ويف سگنل سورس کي ٻين سگنل ذريعن ذريعي فريڪوئنسي ڊبلنگ، ڊيوائزر فريڪوئنسي، يا ٻين فريڪوئنسي پروسيسنگ ذريعي پڻ تبديل ڪري سگهجي ٿو، ته جيئن هيٺين فريڪوئنسي مائڪرو ويف سگنل کي ملٽي ڊبل ڪري سگهجي، يا هاءِ فريڪوئنسي آر ايف، ٽي ايڇز سگنلز ۾ تبديل ڪري سگهجي.
انجيڪشن فريڪوئنسي لاڪنگ جي مقابلي ۾ صرف فريڪوئنسي ڊبلنگ حاصل ڪري سگهجي ٿي، فيز-لاڪ ٿيل لوپ وڌيڪ لچڪدار آهن، تقريبن صوابديدي فريڪوئنسي پيدا ڪري سگهن ٿا، ۽ يقيناً وڌيڪ پيچيده. مثال طور، شڪل 2 ۾ فوٽو اليڪٽرڪ ماڊيوليٽر پاران پيدا ڪيل آپٽيڪل فريڪوئنسي ڪمب کي روشني جي ذريعن طور استعمال ڪيو ويندو آهي، ۽ آپٽيڪل فيز-لاڪ ٿيل لوپ ٻن ليزرن جي فريڪوئنسي کي ٻن آپٽيڪل ڪمب سگنلن تي چونڊيل طور تي لاڪ ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي، ۽ پوءِ فرق فريڪوئنسي ذريعي اعليٰ فريڪوئنسي سگنل پيدا ڪرڻ لاءِ، جيئن شڪل 4 ۾ ڏيکاريل آهي. f1 ۽ f2 ترتيب وار ٻن PLLS جا ريفرنس سگنل فريڪوئنسي آهن، ۽ N*frep+f1+f2 جو مائڪرو ويڪرو سگنل ٻن ليزرن جي وچ ۾ فرق فريڪوئنسي ذريعي پيدا ڪري سگهجي ٿو.

شڪل 4. آپٽيڪل فريڪوئنسي ڪومبس ۽ پي ايل ايل ايس استعمال ڪندي صوابديدي فريڪوئنسي پيدا ڪرڻ جو اسڪيميٽڪ ڊاگرام.

3. آپٽيڪل پلس سگنل کي مائڪرو ويڪرو سگنل ۾ تبديل ڪرڻ لاءِ موڊ-لاڪ ٿيل پلس ليزر استعمال ڪريوفوٽو ڊيٽيڪٽر.

هن طريقي جو مکيه فائدو اهو آهي ته تمام سٺي فريڪوئنسي استحڪام ۽ تمام گهٽ فيز شور سان سگنل حاصل ڪري سگهجي ٿو. ليزر جي فريڪوئنسي کي هڪ تمام مستحڪم ايٽمي ۽ ماليڪيولر ٽرانزيشن اسپيڪٽرم، يا هڪ انتهائي مستحڪم آپٽيڪل ڪيفيٽي سان بند ڪرڻ سان، ۽ خود ڊبلنگ فريڪوئنسي ايليمينيشن سسٽم فريڪوئنسي شفٽ ۽ ٻين ٽيڪنالاجي جي استعمال سان، اسان هڪ تمام مستحڪم ريپٽيشن فريڪوئنسي سان هڪ تمام مستحڪم آپٽيڪل پلس سگنل حاصل ڪري سگهون ٿا، ته جيئن الٽرا لو فيز شور سان مائڪرو ويڪرو سگنل حاصل ڪري سگهجي. شڪل 5.

شڪل 5. مختلف سگنل ذريعن جي نسبتي مرحلي جي شور جو مقابلو.

جڏهن ته، ڇاڪاڻ ته نبض جي ورجائي جي شرح ليزر جي گفا جي ڊيگهه جي الٽي متناسب آهي، ۽ روايتي موڊ-لاڪ ٿيل ليزر وڏو آهي، ان ڪري سڌو سنئون اعليٰ فريڪوئنسي مائڪرو ويڪرو سگنل حاصل ڪرڻ ڏکيو آهي. ان کان علاوه، روايتي پلس ٿيل ليزر جي سائيز، وزن ۽ توانائي جي استعمال، انهي سان گڏ سخت ماحولياتي گهرجن، انهن جي بنيادي طور تي ليبارٽري ايپليڪيشنن کي محدود ڪن ٿيون. انهن مشڪلاتن کي دور ڪرڻ لاءِ، آمريڪا ۽ جرمني ۾ تازو ئي تحقيق شروع ڪئي وئي آهي ته غير لڪير اثرات استعمال ڪندي تمام ننڍن، اعليٰ معيار جي چِرپ موڊ آپٽيڪل گفا ۾ فريڪوئنسي-مستحڪم آپٽيڪل ڪمب پيدا ڪيا وڃن، جيڪي موڙ ۾ اعليٰ فريڪوئنسي گهٽ شور مائڪرو ويڪرو سگنل پيدا ڪن ٿا.

4. آپٽو اليڪٽرانڪ آسيليٽر، شڪل 6.

شڪل 6. فوٽو اليڪٽرڪ ڪپلڊ آسيليٽر جو اسڪيميٽڪ ڊاگرام.

مائڪرو ويز يا ليزر پيدا ڪرڻ جي روايتي طريقن مان هڪ خود موٽ بند لوپ استعمال ڪرڻ آهي، جيستائين بند لوپ ۾ حاصل نقصان کان وڌيڪ آهي، خود پرجوش اوسيليشن مائڪرو ويز يا ليزر پيدا ڪري سگهي ٿي. بند لوپ جو معيار عنصر Q جيترو وڌيڪ هوندو، پيدا ٿيل سگنل مرحلو يا فريڪوئنسي شور اوترو ننڍو هوندو. لوپ جي معيار عنصر کي وڌائڻ لاءِ، سڌو طريقو لوپ جي ڊيگهه کي وڌائڻ ۽ پروپيگيشن نقصان کي گھٽ ڪرڻ آهي. بهرحال، هڪ ڊگهو لوپ عام طور تي آسيليشن جي ڪيترن ئي طريقن جي پيداوار کي سپورٽ ڪري سگهي ٿو، ۽ جيڪڏهن هڪ تنگ بينڊوڊٿ فلٽر شامل ڪيو وڃي، هڪ سنگل فريڪوئنسي گهٽ شور مائڪرو ويزوليشن سگنل حاصل ڪري سگهجي ٿو. فوٽو اليڪٽرڪ ڪپلڊ آسيليٽر هڪ مائڪرو ويزول سگنل ذريعو آهي جيڪو هن خيال جي بنياد تي آهي، اهو فائبر جي گهٽ پروپيگيشن نقصان جي خاصيتن جو پورو استعمال ڪري ٿو، لوپ Q قدر کي بهتر ڪرڻ لاءِ هڪ ڊگهو فائبر استعمال ڪندي، تمام گهٽ فيز شور سان مائڪرو ويزول سگنل پيدا ڪري سگهي ٿو. جڏهن کان طريقو 1990 جي ڏهاڪي ۾ تجويز ڪيو ويو هو، هن قسم جي آسيليٽر کي وسيع تحقيق ۽ ڪافي ترقي ملي آهي، ۽ هن وقت ڪمرشل فوٽو اليڪٽرڪ ڪپلڊ آسيليٽر موجود آهن. تازو، فوٽو اليڪٽرڪ آسيليٽر تيار ڪيا ويا آهن جن جي فريڪوئنسي کي وسيع رينج تي ترتيب ڏئي سگهجي ٿو. هن آرڪيٽيڪچر جي بنياد تي مائڪرو ويڪرو سگنل ذريعن جو مکيه مسئلو اهو آهي ته لوپ ڊگهو آهي، ۽ ان جي آزاد وهڪري (FSR) ۾ شور ۽ ان جي ٻٽي فريڪوئنسي ۾ خاص طور تي اضافو ٿيندو. ان کان علاوه، استعمال ٿيندڙ فوٽو اليڪٽرڪ جزا وڌيڪ آهن، قيمت وڌيڪ آهي، حجم گهٽائڻ ڏکيو آهي، ۽ ڊگهو فائبر ماحولياتي خلل لاءِ وڌيڪ حساس آهي.

مٿي ڏنل مختصر طور تي مائڪرو ويف سگنلن جي فوٽو اليڪٽران جي پيداوار جا ڪيترائي طريقا متعارف ڪرايا ويا آهن، انهي سان گڏ انهن جا فائدا ۽ نقصان. آخرڪار، مائڪرو ويف پيدا ڪرڻ لاءِ فوٽو اليڪٽران جي استعمال جو هڪ ٻيو فائدو اهو آهي ته آپٽيڪل سگنل کي آپٽيڪل فائبر ذريعي تمام گهٽ نقصان سان ورهايو وڃي ٿو، هر استعمال ٽرمينل تائين ڊگهي فاصلي جي ٽرانسميشن ۽ پوءِ مائڪرو ويف سگنلن ۾ تبديل ڪيو وڃي ٿو، ۽ برقي مقناطيسي مداخلت جي مزاحمت ڪرڻ جي صلاحيت روايتي اليڪٽرانڪ حصن جي ڀيٽ ۾ تمام گهڻي بهتر آهي.
هن مضمون جي لکڻ جو مقصد بنيادي طور تي حوالي لاءِ آهي، ۽ ليکڪ جي پنهنجي تحقيقي تجربي ۽ هن شعبي ۾ تجربي سان گڏ، غلطيون ۽ نا سمجھي آهن، مهرباني ڪري سمجھو.