مائکروویو آپٹ الیکٹرانکس میں مائکروویو سگنل جنریشن کے موجودہ صورتحال اور گرم مقامات

مائکروویو آپٹ الیکٹرانکس، جیسا کہ نام سے پتہ چلتا ہے ، مائکروویو کا چوراہا ہے اوراوپٹ الیکٹرانکس. مائکروویو اور ہلکی لہریں برقی مقناطیسی لہریں ہیں ، اور تعدد بہت سے شدت کے مختلف آرڈر ہیں ، اور ان کے اپنے شعبوں میں تیار کردہ اجزاء اور ٹیکنالوجیز بہت مختلف ہیں۔ امتزاج میں ، ہم ایک دوسرے سے فائدہ اٹھا سکتے ہیں ، لیکن ہم نئی ایپلی کیشنز اور خصوصیات حاصل کرسکتے ہیں جن کا بالترتیب احساس کرنا مشکل ہے۔

آپٹیکل مواصلاتمائکروویو اور فوٹو الیکٹران کے امتزاج کی ایک عمدہ مثال ہے۔ ابتدائی ٹیلیفون اور ٹیلی گراف وائرلیس مواصلات ، جنریشن ، پروپیگنڈہ اور اشاروں کا استقبال ، سب استعمال شدہ مائکروویو ڈیوائسز۔ ابتدائی طور پر کم فریکوینسی برقی مقناطیسی لہریں استعمال کی جاتی ہیں کیونکہ تعدد کی حد چھوٹی ہے اور ٹرانسمیشن کے لئے چینل کی گنجائش چھوٹی ہے۔ حل یہ ہے کہ منتقل ہونے والے سگنل کی فریکوئنسی میں اضافہ ، تعدد جتنا زیادہ ، زیادہ اسپیکٹرم وسائل۔ لیکن ہوا کے پھیلاؤ میں ہونے والے نقصان میں اعلی تعدد سگنل بہت بڑا ہے ، لیکن رکاوٹوں کے ذریعہ مسدود کرنا بھی آسان ہے۔ اگر کیبل استعمال کی گئی ہے تو ، کیبل کا نقصان بہت بڑا ہے ، اور لمبی دوری کی ترسیل ایک مسئلہ ہے۔ آپٹیکل فائبر مواصلات کا خروج ان مسائل کا ایک اچھا حل ہے۔آپٹیکل فائبرٹرانسمیشن کا بہت کم نقصان ہے اور طویل فاصلے پر سگنل منتقل کرنے کے لئے ایک بہترین کیریئر ہے۔ روشنی کی لہروں کی فریکوینسی رینج مائکروویو کی نسبت بہت زیادہ ہے اور بیک وقت بہت سے مختلف چینلز کو منتقل کرسکتی ہے۔ کے ان فوائد کی وجہ سےآپٹیکل ٹرانسمیشن، آپٹیکل فائبر مواصلات آج کی انفارمیشن ٹرانسمیشن کی ریڑھ کی ہڈی بن گیا ہے۔
آپٹیکل مواصلات کی ایک لمبی تاریخ ہے ، تحقیق اور اطلاق بہت وسیع اور پختہ ہے ، یہاں مزید کچھ کہنا نہیں ہے۔ اس مقالے میں بنیادی طور پر حالیہ برسوں میں آپٹیکل مواصلات کے علاوہ مائکروویو آپٹو الیکٹرانکس کے نئے تحقیقی مواد کو متعارف کرایا گیا ہے۔ مائکروویو اوپٹ الیکٹرانکس بنیادی طور پر اوپٹو الیکٹرانکس کے میدان میں طریقوں اور ٹکنالوجیوں کو کیریئر کے طور پر استعمال کرتے ہیں جس کی کارکردگی اور اطلاق کو بہتر بنانے اور حاصل کرنے کے لئے جو روایتی مائکروویو الیکٹرانک اجزاء کے ساتھ حاصل کرنا مشکل ہے۔ اطلاق کے نقطہ نظر سے ، اس میں بنیادی طور پر مندرجہ ذیل تین پہلو شامل ہیں۔
سب سے پہلے THZ بینڈ تک ایکس بینڈ سے لے کر ایکس بینڈ سے اعلی کارکردگی ، کم شور والے مائکروویو سگنلز پیدا کرنے کے لئے آپٹ الیکٹرانکس کا استعمال ہے۔
دوسرا ، مائکروویو سگنل پروسیسنگ۔ بشمول تاخیر ، فلٹرنگ ، تعدد تبادلوں ، وصول کرنا اور اسی طرح۔
تیسرا ، ینالاگ سگنل کی ترسیل۔

اس مضمون میں ، مصنف صرف پہلا حصہ ، مائکروویو سگنل کی نسل متعارف کراتا ہے۔ روایتی مائکروویو ملی میٹر لہر بنیادی طور پر III_V مائکرو الیکٹرانک اجزاء کے ذریعہ تیار کی جاتی ہے۔ اس کی حدود میں مندرجہ ذیل نکات ہیں: پہلے ، اعلی تعدد جیسے 100GHz اوپر ، روایتی مائکرو الیکٹرانکس کم اور کم طاقت پیدا کرسکتے ہیں ، اعلی تعدد THZ سگنل تک ، وہ کچھ نہیں کرسکتے ہیں۔ دوسرا ، مرحلے کے شور کو کم کرنے اور تعدد استحکام کو بہتر بنانے کے ل the ، اصل آلہ کو انتہائی کم درجہ حرارت کے ماحول میں رکھنے کی ضرورت ہے۔ تیسرا ، تعدد ماڈلن فریکوینسی تبادلوں کی ایک وسیع رینج کو حاصل کرنا مشکل ہے۔ ان مسائل کو حل کرنے کے لئے ، اوپٹ الیکٹرانک ٹکنالوجی ایک کردار ادا کرسکتی ہے۔ اہم طریقوں کو ذیل میں بیان کیا گیا ہے۔

1. دو مختلف فریکوینسی لیزر سگنلز کی فرق فریکوئنسی کے ذریعے ، مائکروویو سگنلز کو تبدیل کرنے کے لئے ایک اعلی تعدد فوٹوڈیٹیکٹر کا استعمال کیا جاتا ہے ، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔

چترا 1۔ مائکروویووں کا اسکیمیٹک ڈایاگرام دو کے فرق تعدد سے پیدا ہوتا ہےلیزرز.

اس طریقہ کار کے فوائد سادہ ساخت ہیں ، انتہائی اعلی تعدد ملی میٹر لہر اور یہاں تک کہ THZ فریکوینسی سگنل پیدا کرسکتے ہیں ، اور لیزر کی فریکوئنسی کو ایڈجسٹ کرکے تیز رفتار تعدد تبادلوں ، جھاڑو کی فریکوینسی کی ایک بڑی رینج انجام دے سکتی ہے۔ نقصان یہ ہے کہ دو غیر متعلقہ لیزر سگنلز کے ذریعہ پیدا ہونے والے فرق فریکوئنسی سگنل کی لائن وڈتھ یا مرحلے کے شور نسبتا large بڑے ہیں ، اور تعدد استحکام زیادہ نہیں ہے ، خاص طور پر اگر ایک چھوٹا سا حجم والا سیمیکمڈکٹر لیزر لیکن ایک بڑی لائن وڈتھ (~ میگاہرٹز) استعمال کیا جاتا ہے۔ اگر سسٹم کے وزن کے حجم کی ضروریات زیادہ نہیں ہیں تو ، آپ کم شور (~ کلو ہرٹز) ٹھوس ریاست لیزر استعمال کرسکتے ہیں ،فائبر لیزرز، بیرونی گہاسیمیکمڈکٹر لیزرز، اس کے علاوہ ، ایک ہی لیزر گہا میں پیدا ہونے والے لیزر سگنلز کے دو مختلف طریقوں کو بھی فرق کی فریکوئنسی پیدا کرنے کے لئے استعمال کیا جاسکتا ہے ، تاکہ مائکروویو فریکوینسی استحکام کی کارکردگی میں بہت بہتر ہوسکے۔

2. اس مسئلے کو حل کرنے کے لئے کہ پچھلے طریقہ کار میں دو لیزر غیر متضاد ہیں اور سگنل کے مرحلے کا شور پیدا ہونے والا بہت بڑا ہے ، دونوں لیزرز کے مابین ہم آہنگی انجکشن فریکوینسی لاکنگ فیز لاکنگ کے طریقہ کار یا منفی آراء کے مرحلے کے لاکنگ سرکٹ کے ذریعہ حاصل کی جاسکتی ہے۔ چترا 2 مائکروویو ضرب پیدا کرنے کے لئے انجیکشن لاکنگ کا ایک عام اطلاق ظاہر کرتا ہے (شکل 2)۔ سیمیکمڈکٹر لیزر میں براہ راست اعلی تعدد موجودہ سگنلز کو انجیکشن لگانے سے ، یا لنبو 3 فیز ماڈیولیٹر کا استعمال کرکے ، مساوی تعدد وقفہ کاری والے مختلف تعدد کے متعدد آپٹیکل سگنل تیار کیے جاسکتے ہیں ، یا آپٹیکل فریکوینسی کنگس۔ یقینا ، وسیع اسپیکٹرم آپٹیکل فریکوینسی کنگھی حاصل کرنے کے لئے عام طور پر استعمال ہونے والا طریقہ وضع لاک لاکر استعمال کرنا ہے۔ پیدا شدہ آپٹیکل فریکوینسی کنگھی میں کسی بھی دو کنگھی سگنل کا انتخاب بالترتیب تعدد اور فیز لاکنگ کا احساس کرنے کے لئے بالترتیب فلٹرنگ اور لیزر 1 اور 2 میں انجکشن کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ کیونکہ آپٹیکل فریکوینسی کنگھی کے مختلف کنگھی سگنل کے درمیان مرحلہ نسبتا مستحکم ہے ، لہذا دونوں لیزرز کے مابین رشتہ دار مرحلہ مستحکم ہے ، اور پھر جیسا کہ پہلے بیان کیا گیا ہے ، آپٹیکل فریکوینسی کنگھی کی تکرار کی شرح کے ملٹی فولڈ فریکوینسی مائکروویو سگنل حاصل کیا جاسکتا ہے۔

چترا 2۔ انجیکشن فریکوینسی لاکنگ کے ذریعہ تیار کردہ مائکروویو فریکوینسی ڈبلنگ سگنل کا اسکیمیٹک ڈایاگرام۔
دونوں لیزرز کے رشتہ دار مرحلے کے شور کو کم کرنے کا ایک اور طریقہ یہ ہے کہ منفی آراء آپٹیکل پی ایل ایل کا استعمال کریں ، جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔

چترا 3۔ او پی ایل کا اسکیماتی آریھ۔

آپٹیکل پی ایل ایل کا اصول الیکٹرانکس کے میدان میں پی ایل ایل کی طرح ہے۔ دونوں لیزرز کے مرحلے کے فرق کو فوٹوڈیٹریکٹر (ایک فیز ڈیٹیکٹر کے برابر) کے ذریعہ برقی سگنل میں تبدیل کیا جاتا ہے ، اور پھر دونوں لیزرز کے مابین مرحلے کا فرق ایک ریفرنس مائکروویو سگنل ماخذ کے ساتھ فرق کی فریکوئنسی بنا کر حاصل کیا جاتا ہے ، جس کو بڑھاوا دیا جاتا ہے اور پھر اسے فلٹر کیا جاتا ہے ، یہ لیزر کے لیزرز کے لئے ایک لیزر کے ل one ایک لیزر کے ل fre فریکوینسی کنٹرول یونٹ کو واپس کھلایا جاتا ہے۔ اس طرح کے منفی آراء پر قابو پانے والے لوپ کے ذریعے ، دو لیزر سگنلز کے مابین نسبتا تعدد مرحلہ ریفرنس مائکروویو سگنل پر بند ہے۔ اس کے بعد مشترکہ آپٹیکل سگنل آپٹیکل ریشوں کے ذریعے کسی اور جگہ فوٹوڈیٹیکٹر میں منتقل کیا جاسکتا ہے اور مائکروویو سگنل میں تبدیل ہوسکتا ہے۔ مائکروویو سگنل کے نتیجے میں مرحلے کا شور تقریبا same ایک ہی ہے جیسے فیز سے بند منفی آراء لوپ کی بینڈوتھ کے اندر حوالہ سگنل کی طرح ہے۔ بینڈوتھ کے باہر مرحلے کا شور اصل دو غیر متعلقہ لیزرز کے رشتہ دار مرحلے کے شور کے برابر ہے۔
اس کے علاوہ ، ریفرنس مائکروویو سگنل کے ذریعہ کو دوسرے سگنل ذرائع کے ذریعہ فریکوینسی ڈبلنگ ، ڈیوائسر فریکوئنسی ، یا دیگر فریکوینسی پروسیسنگ کے ذریعہ بھی تبدیل کیا جاسکتا ہے ، تاکہ نچلے فریکوینسی مائکروویو سگنل کو کثیر الجہتی بنایا جاسکے ، یا اعلی تعدد آر ایف ، THZ سگنلز میں تبدیل کیا جاسکے۔
انجیکشن فریکوینسی لاکنگ کے مقابلے میں صرف تعدد دوگنا حاصل ہوسکتی ہے ، مرحلے سے بند لوپس زیادہ لچکدار ہوتے ہیں ، تقریبا almost صوابدیدی تعدد پیدا کرسکتے ہیں ، اور یقینا زیادہ پیچیدہ۔ مثال کے طور پر ، شکل 2 میں فوٹو الیکٹرک ماڈیولر کے ذریعہ تیار کردہ آپٹیکل فریکوینسی کنگھی کو روشنی کے ماخذ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے ، اور آپٹیکل فیز لاک لوپ کو دو لیزرز کی فریکوئنسی کو انتخاب کے ساتھ دو آپٹیکل کنگھی سگنلز میں بند کرنے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے ، اور پھر اس سے دوچار سگنل کے سگنل پیدا ہوتے ہیں ، اور اس کے بعد فرق کی فریکوینسی کے ذریعہ اعلی تعدد سگنل تیار کرتے ہیں ، جیسا کہ اعداد و شمار 4 میں دکھایا گیا ہے۔ ایف 1 اور ایف 2 میں دکھایا گیا ہے۔ ایف 1 اور ایف 2 میں دکھایا گیا ہے۔ N*FREP+F1+F2 دونوں لیزرز کے مابین فرق کی فریکوئنسی کے ذریعہ پیدا کیا جاسکتا ہے۔

چترا 4۔ آپٹیکل فریکوینسی کنگھی اور پی ایل ایل کا استعمال کرتے ہوئے صوابدیدی تعدد پیدا کرنے کا اسکیماتی آریھ۔

3. آپٹیکل پلس سگنل کو مائکروویو سگنل میں تبدیل کرنے کے لئے موڈ لاکڈ پلس لیزر کا استعمال کریںفوٹوڈیکٹر.

اس طریقہ کار کا بنیادی فائدہ یہ ہے کہ بہت اچھی تعدد استحکام اور بہت کم مرحلے کے شور کے ساتھ ایک سگنل حاصل کیا جاسکتا ہے۔ لیزر کی فریکوئنسی کو ایک انتہائی مستحکم جوہری اور سالماتی منتقلی سپیکٹرم ، یا ایک انتہائی مستحکم آپٹیکل گہا ، اور خود ڈبلنگ فریکوینسی خاتمہ نظام کی فریکوئینسی شفٹ اور دیگر ٹیکنالوجیز کے استعمال سے لاک کرکے ، ہم ایک بہت ہی مستحکم آپٹیکل پلس سگنل کے ساتھ ایک بہت ہی مستحکم آپٹیکل نبض سگنل حاصل کرسکتے ہیں ، تاکہ مائکروویو سگنل کے ساتھ مائکروویو سگنل حاصل ہوسکے۔ چترا 5۔

چترا 5۔ مختلف سگنل ذرائع کے رشتہ دار مرحلے کے شور کا موازنہ۔

تاہم ، چونکہ نبض کی تکرار کی شرح لیزر کی گہا کی لمبائی کے متناسب متناسب ہے ، اور روایتی موڈ سے لاک لیزر بڑا ہے ، لہذا براہ راست اعلی تعدد مائکروویو سگنل حاصل کرنا مشکل ہے۔ اس کے علاوہ ، روایتی نبض لیزرز کے سائز ، وزن اور توانائی کی کھپت کے ساتھ ساتھ سخت ماحولیاتی تقاضوں کو بھی ، ان کی بنیادی طور پر لیبارٹری ایپلی کیشنز کو محدود کریں۔ ان مشکلات پر قابو پانے کے لئے ، حال ہی میں ریاستہائے متحدہ اور جرمنی میں تحقیق کا آغاز بہت ہی چھوٹے ، اعلی معیار کے کرپ موڈ آپٹیکل گہاوں میں فریکوینسی مستحکم آپٹیکل کنگھی پیدا کرنے کے لئے نان لائنر اثرات کا استعمال کرتے ہوئے ہوا ہے ، جس کے نتیجے میں اعلی تعدد کم شور والے مائکروویو سگنل پیدا ہوتے ہیں۔

4. اوپٹو الیکٹرانک آسکیلیٹر ، شکل 6۔

چترا 6۔ فوٹو الیکٹرک جوڑے ہوئے آسکیلیٹر کا اسکیمیٹک ڈایاگرام۔

مائکروویو یا لیزرز تیار کرنے کے روایتی طریقوں میں سے ایک یہ ہے کہ جب تک بند لوپ میں حاصل ہونے والا فائدہ نقصان سے زیادہ ہو تو ، خود پر مبنی لوپ میں فائدہ مائکروویو یا لیزر تیار کرسکتا ہے۔ بند لوپ کا معیار عنصر Q جتنا زیادہ ہوگا ، پیدا شدہ سگنل مرحلہ یا تعدد شور جتنا چھوٹا ہے۔ لوپ کے معیار کے عنصر کو بڑھانے کے ل the ، براہ راست راستہ یہ ہے کہ لوپ کی لمبائی میں اضافہ کیا جائے اور تبلیغ کے نقصان کو کم سے کم کیا جائے۔ تاہم ، ایک لمبا لوپ عام طور پر دوئسیلیشن کے متعدد طریقوں کی نسل کی تائید کرسکتا ہے ، اور اگر ایک تنگ بینڈوتھ فلٹر شامل کیا جاتا ہے تو ، ایک واحد تعدد کم شور مائکروویو آسکیلیشن سگنل حاصل کیا جاسکتا ہے۔ فوٹو الیکٹرک جوڑے ہوئے آسکیلیٹر اس خیال پر مبنی ایک مائکروویو سگنل کا ذریعہ ہے ، یہ فائبر کے کم پروپیگنڈہ نقصان کی خصوصیات کا مکمل استعمال کرتا ہے ، لوپ کیو کی قیمت کو بہتر بنانے کے ل a ایک لمبے فائبر کا استعمال کرتے ہوئے ، بہت کم مرحلے کے شور کے ساتھ مائکروویو سگنل تیار کرسکتا ہے۔ چونکہ 1990 کی دہائی میں یہ طریقہ تجویز کیا گیا تھا ، اس طرح کے آسکیلیٹر کو وسیع پیمانے پر تحقیق اور کافی ترقی ملی ہے ، اور اس وقت تجارتی فوٹو الیکٹرک جوڑے کے آسکیلیٹر موجود ہیں۔ ابھی حال ہی میں ، فوٹو الیکٹرک آسکیلیٹرز جن کی تعدد کو وسیع رینج میں ایڈجسٹ کیا جاسکتا ہے تیار کیا گیا ہے۔ اس فن تعمیر پر مبنی مائکروویو سگنل ذرائع کا بنیادی مسئلہ یہ ہے کہ لوپ لمبا ہے ، اور اس کے آزاد بہاؤ (ایف ایس آر) میں شور اور اس کی دوہری تعدد میں نمایاں اضافہ کیا جائے گا۔ اس کے علاوہ ، استعمال ہونے والے فوٹو الیکٹرک اجزاء زیادہ ہیں ، لاگت زیادہ ہے ، حجم کو کم کرنا مشکل ہے ، اور طویل فائبر ماحولیاتی خلل سے زیادہ حساس ہے۔

مذکورہ بالا میں مائکروویو سگنلز کی فوٹو الیکٹران نسل کے متعدد طریقوں کے ساتھ ساتھ ان کے فوائد اور نقصانات بھی متعارف کرایا گیا ہے۔ آخر میں ، مائکروویو کو تیار کرنے کے لئے فوٹو الیکٹران کے استعمال کا ایک اور فائدہ ہے کہ آپٹیکل سگنل کو آپٹیکل فائبر کے ذریعے بہت کم نقصان کے ساتھ تقسیم کیا جاسکتا ہے ، ہر استعمال ٹرمینل میں لمبی دوری کی ترسیل اور پھر مائکروویو سگنلز میں تبدیل کیا جاسکتا ہے ، اور الیکٹرو میگنیٹک مداخلت کی مزاحمت کرنے کی صلاحیت روایتی الیکٹرانک اجزاء کے مقابلے میں نمایاں طور پر بہتر ہے۔
اس مضمون کی تحریر بنیادی طور پر حوالہ کے لئے ہے ، اور اس شعبے میں مصنف کے اپنے تحقیقی تجربے اور تجربے کے ساتھ مل کر ، غلطیاں اور سمجھ سے باہر ہونے والی ہیں ، براہ کرم سمجھیں۔