Принцип работы резонатора: Устройство резонатора выхлопной системы — как правильно сделать машину тише?

Основными параметрами кварцевого генератора являются номинальная частота, емкость нагрузки, точность частоты, стабильность частоты и т. Д.Разные кварцевые генераторы имеют разные номинальные частоты, и большинство номинальных частот указано на корпусе кварцевого резонатора.

Например, номинальные частоты обычных кварцевых генераторов составляют 48 кГц, 500 кГц, 503,5 кГц, 1 МГц ～ 40,50 МГц и т. Д. Частота кварцевых генераторов с особыми требованиями может достигать 1000 МГц или более, а также нет номинальные частоты, такие как CRB, ZTB, Ja и т. д.

Емкость нагрузки относится к сумме всех эффективных емкостей внутри и снаружи блока IC, соединенных двумя выводами кварцевого генератора, которые можно рассматривать как последовательные емкость подключения кварцевого генератора в цепи.Различная частота нагрузки определяет различную частоту колебаний резонатора. Для кварцевых генераторов с одинаковой номинальной частотой емкость нагрузки может отличаться.

Поскольку кварцевый резонатор имеет две резонансные частоты, одна представляет собой кристалл емкости с низкой нагрузкой последовательного резонансного кварцевого генератора, а другой — кристалл емкости с высокой нагрузкой параллельного резонансного кристалла. Следовательно, при замене кварцевых генераторов с одинаковой номинальной частотой емкость нагрузки должна быть одинаковой, и их нельзя быстро менять, иначе это приведет к неправильной работе электроприборов.

Точность частоты и стабильность частоты: поскольку базовые характеристики обычных кварцевых генераторов соответствуют требованиям обычных электрических приборов, для высокопроизводительного оборудования требуется определенная точность частоты и стабильность частоты. Точность частоты варьируется от величины к величине. Стабильность варьируется от ± 1 до ± 100 ppm. Выбор подходящего кварцевого генератора в соответствии с потребностями конкретного оборудования, такого как сеть связи, беспроводная передача данных и другие системы, требует более требовательного кварцевого резонатора.

Таким образом, параметры кварцевого генератора определяют качество и производительность кварцевого генератора. В практических приложениях соответствующий кварцевый генератор следует выбирать в соответствии с конкретными требованиями. Из-за разной цены кварцевых генераторов с разными характеристиками, чем выше требования, тем дороже цена. Как правило, выбор должен соответствовать только требованиям.

Так называемый резонатор включает в себя не только кварцевые резонаторы, но также керамические резонаторы, резонаторы LC и т. Д. Кварцевый генератор — это аббревиатура от кварцевого генератора. Это компонент генератора, состоящий из комбинации кварцевого резонатора и контура, в частности, компонента генератора, изготовленного из кварцевого кристалла.

Таким образом, полное название должно быть «Кварцевый резонатор» и «Кварцевый кварцевый осциллятор» .Кроме того, резонатор — это пассивное устройство, которому требуется периферийная цепь для управления его работой и генерации тактового сигнала. Генератор представляет собой активное устройство со своей собственной встроенной схемой для обеспечения более стабильного тактового сигнала.

Кварцевый генератор — это колебательный контур, в котором кристалл используется в качестве компонента выбора частоты. По сравнению с другими колебательными контурами, он имеет такие преимущества, как хорошие характеристики выбора частоты (высокое значение добротности) и стабильность высоких частот.

Принципиальная разница между резонатором и генератором — активный и пассивный, который также можно назвать активным и пассивным. Генератор имеет на один контур управления больше, чем резонатор.

Кристаллические резонаторы имеют некоторые эквивалентные параметры, и различные условия использования могут иметь разные требования. Например, некоторым пользователям требуется емкость нагрузки C0 / C1. При выборе учитывайте температуру окружающей среды, емкость нагрузки, точность частоты и даже требования DLD.Это требует некоторого управления параметрами схемы периферийного генератора для вывода стабильной частоты.

Кварцевый генератор позволяет избежать этих проблем. Колебательный контур завершен производителем, и для стабильного выхода требуется только стабильный источник питания. Кроме того, генератор имеет некоторые вспомогательные функции, такие как кварцевый генератор с регулируемым напряжением (VCXO), кварцевый генератор с температурной компенсацией (TCXO), кварцевый генератор с постоянной температурой (OCXO) и т. Д.Эти генераторы могут соответствовать некоторым точным настройкам, которые трудно достичь при непосредственном использовании резонаторов. . Частотная точность OCXO может достигать порядка E-9.

Во-вторых, кварцевый генератор сделан из кварцевого резонатора, чтобы его можно было использовать в качестве носителя сигнала или синхронизации для других компонентов. Удовлетворять требованиям производимой продукции.

Генератор — это просто источник частоты, который обычно используется в контуре фазовой автоподстройки частоты. В частности, это устройство, которое может преобразовывать мощность постоянного тока в мощность переменного тока без возбуждения внешнего сигнала.Обычно делятся на два типа: положительная обратная связь и отрицательное сопротивление.

Так называемое «колебание», его значение подразумевает обмен, осциллятор включает в себя процесс и функцию от отсутствия колебаний к колебаниям. Он может завершить преобразование питания постоянного тока в питание переменного тока. Такое устройство можно назвать «осциллятором».

Любая коммуникационная или электронная система должна иметь значение уровня в пределах нормального диапазона в некоторой заданной точке. Компоненты, настроенные на нормальное значение уровня, — это усилители и аттенюаторы.Точка чрезмерно низкого уровня — это точка появления шума, а точка чрезмерно высокого уровня вызовет перегрузку и приведет к появлению недопустимого нелинейного искажения усилительного компонента. Понять роль аттенюатора несложно. Есть два типа аттенюаторов: фиксированные и регулируемые.

В этом разделе мы собираемся проанализировать плюсы и минусы кристаллического резонатора и керамического резонатора, резонатора и осциллятора.

(1) плюсы и минусы кристаллического резонатора и керамического резонатора

Введение кристаллического резонатора было упомянуто выше, поэтому я не буду повторять его здесь. Давайте посмотрим на керамические резонаторы.

Керамический резонатор — это пьезоэлектрическое керамическое устройство, используемое для генерации колебаний с определенной частотой. Материалы, используемые для изготовления таких устройств, вызывают резонансные характеристики в процессе производства.

Поскольку эта резонансная характеристика находится в пределах производственной погрешности, а ее коэффициент качества намного ниже, чем у кварца, стабильность частоты, которую могут обеспечить керамические резонаторы, не так хороша, как у кристаллических резонаторов.Как правило, керамические резонаторы используются в случаях, когда стоимость невысока, а требования к характеристикам невысоки.

Плюсы: По сравнению с кристаллами, стоимость керамических резонаторов вдвое меньше, чем кристаллов, и размер меньше.

Минусы: По сравнению с кристаллами ему не хватает частотной и температурной стабильности. Его точность низкая, вероятно, от 1% до 0,1%.

(2) плюсы и минусы резонатора и генератора

Генератор — это устройство преобразования энергии, которое преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока с определенной частотой.Образованная им схема называется схемой генератора. Осциллятор — это активное устройство. Генератор имеет на один контур управления больше, чем резонатор.

Осцилляторы — это электронные компоненты, используемые для генерации повторяющихся электронных сигналов (обычно синусоидальных или прямоугольных волн). Образованный им контур называется колебательным контуром. Электронная схема или устройство, которое может преобразовывать постоянный ток в сигнал переменного тока определенной частоты.

Есть много типов.По режиму возбуждения колебаний его можно разделить на автогенератор и отдельно возбужденный генератор; в соответствии со структурой схемы его можно разделить на генератор сопротивления-емкости, генератор индуктивности-емкости, кварцевый генератор, генератор камертона и т.д .; В соответствии с формой выходного сигнала можно разделить на это синусоидальную волну, прямоугольную волну, пилообразную волну и другие генераторы. Он широко используется в электронной промышленности, лечении, научных исследованиях и т. Д.

Плюсы: Качество сигнала кварцевого генератора хорошее, относительно стабильное, а метод подключения относительно прост (в основном, для хорошей фильтрации мощности, обычно используется схема фильтра PI, состоящая из конденсатора и индуктивности, а выходной терминал использует небольшой резистор сопротивления для фильтрации сигнала. Да), никаких сложных схем конфигурации не требуется. Для приложений с чувствительными требованиями к синхронизации характеристики кварцевых генераторов относительно хорошие.

Минусы: По сравнению с кварцевым резонатором недостатком кварцевого генератора является то, что уровень его сигнала фиксирован, и необходимо выбирать соответствующий выходной уровень. Это менее гибко и дорого. Кроме того, кварцевому генератору требуется много времени для запуска.

Объем: По сравнению с пассивными кристаллами кварцевые генераторы обычно больше по объему. С улучшением технологии некоторые кварцевые генераторы теперь устанавливаются на поверхность, и по объему сопоставимы с кварцевыми резонаторами.

Резюме: Типичная начальная точность керамических резонаторов находится в диапазоне от 0,5% до 0,1%, и дрейф, вызванный старением или изменениями температуры, может изменить этот диапазон точности.

Допуски дешевых керамических резонаторов составляют всего ± 1,1%, а точность более дорогих автомобилей составляет ± 0,25% и ± 0,3% соответственно. Будущее применение — это автомобильная шина CAN (сеть контроллеров) с рабочей температурой от -40 ° C до + 125 ° C. Недорогие керамические резонаторы с частотами от 200 кГц до 1 ГГц подходят для встроенных систем, не предъявляющих строгих требований к синхронизации.

Керамические устройства запускаются быстрее и обычно меньше кварцевых. Они также лучше выдерживают удары и вибрацию.

Единственная цель резонаторов в жизни — изменить шум двигателя транспортного средства до того, как он достигнет глушителя, для окончательного снижения децибел.

Резонатор — это устройство или система, которые проявляют резонансное или резонансное поведение…. Резонаторы используются либо для генерации волн определенных частот, либо для выбора определенных частот из сигнала. В музыкальных инструментах используются акустические резонаторы, которые производят звуковые волны определенного тона.

Удаление резонатора изменяет способ прохождения генерируемых вашим автомобилем импульсов через выхлопную систему. Думайте об этом устройстве, как если бы это была большая эхо-камера. Он принимает эти импульсы, оптимизирует их частоту, что позволяет добиться лучшего производства энергии.

Если вам нужен более громкий и легкий автомобиль, вам лучше удалить глушитель. Если вам нужен хороший звук и немного больше мощности, удаление резонатора — лучший вариант. … В конце концов, разница между удалением резонатора и глушителя не так уж и велика.

Керамический резонатор использует частоту в пределах электрического компонента, но в отличие от кристалла, который имеет допуск по частоте 10 ~ 30 частей на миллион, керамический резонатор имеет 0.Допуск по частоте 5% или 5000 PPM, который обычно используется в микропроцессорных приложениях, где абсолютная стабильность не важна.

Резонатор воздухозаборника является важным компонентом системы впуска автомобильного двигателя. Это позволяет двигателю работать тише и эффективнее. … Резонатор воздухозаборника — важнейший компонент системы впуска автомобильного двигателя. Это позволяет двигателю работать тише и эффективнее.

Резонаторы Magnaflow вообще не ограничивают поток, это все равно, что добавить участок прямой трубы, поскольку они являются прямыми. В конструкции magnaflow используются не камеры, а прямая перфорированная труба, окруженная звукопоглощающим материалом.

Резонатор лучше всего работает в диапазоне частот, в котором двигатель производит наибольший шум; но даже если частота не совсем та, на которую был настроен резонатор, он все равно будет производить некоторые разрушительные помехи.

Глушители и резонаторы работают вместе, чтобы заглушить выхлоп вашего автомобиля и уменьшить раздражающие звуки. Хотя они работают по-разному, они оба помогают улучшить звук выхлопа. Глушители и резонаторы также можно удалить для более громкого и агрессивного звука выхлопа.

Как правило; чем тише выхлопная система, тем больше мощности она забирает у вашего двигателя…. Удаление всех глушителей и резонаторов даст немного больший прирост, но помните, что после снятия ограничений выхлоп становится громче.

(а) Принцип работы непрерывного резонатора. Свободно распространяющиеся …

Контекст 1

… в настройке спектров теплового излучения в инфракрасном диапазоне как наноструктурированными поверхностями, так и тонкопленочными пакетами, служащими решетками [1–3], фотонными кристаллами [4 –8] или резонаторов [9–11], широко сообщалось в последние годы.Поскольку тепловое излучение является процессом, присущим всему обычному веществу, оно обеспечивает механизм передачи и потери энергии, доступный в наиболее мыслимых системах, позволяющий проводить зондирование, спектроскопический анализ или перенос энергии как таковой. Таким образом, области фактического и потенциального применения излучения и обнаружения теплового излучения соответственно разнообразны, от промышленного и ботанического контроля [12–14] до термофотоэлектрического преобразования энергии [15–17], среди прочего. Хотя наноструктурирование поверхностей представляет собой очень мощный инструмент для настройки оптических свойств, оно часто требует дорогостоящих и медленных технологий изготовления, что требует более простых структур, с помощью которых можно адаптировать оптические свойства поверхностей.В этой работе мы представляем адаптированное тепловое излучение из неструктурированного многослойного резонатора, который легко изготовить и подходит для контролируемой настройки теплового узкополосного излучения в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне, см. Рис. 1. Излучатель концептуально состоит из двух золотые пленки разной толщины, разделенные слоем аморфного диоксида кремния. Толщина золотых пленок такова, что нижняя пленка полностью отражающая, а верхняя — полупрозрачная, что обеспечивает связь мод резонатора со свободно распространяющимися волнами.Мы спроектировали излучательную способность таким образом, чтобы она совпадала с шириной запрещенной зоны GaSb, полупроводникового материала с малой шириной запрещенной зоны, который часто используется для термофотоэлектрического преобразования (TPV). Его ширина запрещенной зоны составляет 0,7 эВ для недеформированного материала, что соответствует длине волны вакуума примерно 1,7 мкм. Структура была недавно исследована Яном [18] на резонансной длине волны 1 мкм и Чжао и др. [19] в видимом диапазоне, что касается его холодных оптических свойств, и было обнаружено, что он демонстрирует резкие резонансы, которые можно настраивать по резонансной длине волны за счет изменения толщины прокладки.Ширина линии и максимальное поглощение в первую очередь определяются толщиной верхнего слоя золота. Концептуально близкую структуру, в которой брэгговский отражатель действует как верхний отражатель, можно найти в [20]. Ранее Wang et al. измерили тепловое излучение очень похожей структуры, но при энергиях, слишком малых для фотоэлектрического преобразования [21]. Здесь мы исследуем тепловое излучение этой структуры на длине 1,72 мкм, то есть на длинах волн, имеющих прямое отношение к термофотоэлектрическому преобразованию.Поскольку эмиттер не требует структурирования слоев и, кроме того, может быть изготовлен из различных металлов и диэлектриков, он имеет потенциал для экономичного масштабирования производства термоэмиттеров для крупномасштабного освещения фотоэлектрических элементов в приложениях TPV. В термодинамическом равновесии тепловое излучение полностью поглощающего и непрозрачного объекта, черного тела, описывается законом излучения, впервые полученным Планком [22], который связывает длину волны и температуру черного тела с его спектральной яркостью I, которая количественно определяет излучаемая мощность на единицу площади, длину волны и телесный угол.Черное тело — идеализированный объект; Излучение любого реального объекта дополнительно описывается их излучательной способностью или излучательной способностью ε λ (T), которая количественно определяет спектральную яркость объекта по сравнению с излучением черного тела. Таким образом, можно выразить спектральную яркость объекта с излучательной способностью ε λ (T) …

Полимерные резонаторы с памятью формы как высокочувствительные неохлаждаемые инфракрасные детекторы

Abstract

Неохлаждаемые инфракрасные детекторы сделали возможным быстрый рост тепловизионных приложений .Эти детекторы представляют собой преимущественно болометры, считывающие изменение температуры пикселя из-за инфракрасного излучения как изменение сопротивления. Другой метод измерения без охлаждения — преобразование инфракрасного излучения в частотный сдвиг механического резонатора. Мы представляем здесь высокочувствительные резонансные инфракрасные датчики на основе термочувствительных полимеров с памятью формы. Используя полимер с фазовым переходом в качестве механизма преобразования, наш подход обеспечивает улучшение температурного коэффициента частоты на 2 порядка.Шумовая эквивалентная разница температур 22 мК в вакууме и 112 мК в воздухе получены с помощью оптики f / 2. Разница температур, эквивалентная шуму, дополнительно улучшена до 6 мК в вакууме за счет использования высокодобротных мембран из нитрида кремния в качестве подложек для полимеров с памятью формы. Эта высокая производительность на воздухе устраняет необходимость в вакуумной упаковке, открывая путь к гибким негерметично закрытым инфракрасным датчикам.

Условия предмета: Полимеры, визуализация и зондирование

Введение

Инфракрасная (ИК) визуализация быстро внедряется в широком диапазоне областей, включая термографию, медицинскую диагностику, пожаротушение, автономное вождение, контроль пищевых продуктов и безопасность ^{1 — 6} .Двумя основными технологиями ИК-детекторов являются детекторы фотонов (обычно охлаждаемые) и тепловые детекторы (обычно неохлаждаемые). Детекторы фотонов основаны на генерации пар электрон / дырка в материале детектора при воздействии ИК-излучения. Это самая быстрая и самая чувствительная технология обнаружения инфракрасного излучения; однако они требуют работы при криогенных температурах, чтобы минимизировать термически генерируемые электронно-дырочные пары. Системы охлаждения увеличивают общий размер и стоимость системы. Напротив, тепловые детекторы преобразуют ИК-излучение путем измерения зависящих от температуры физических свойств, таких как электрическое сопротивление в болометрах ⁷ , электрическая поляризация в пироэлектрических детекторах ⁸ , электрическое напряжение в термобатареях ⁹ и смещение в термомеханических детекторах ¹⁰ .Они не требуют активного охлаждения, могут быть небольшими и энергоэффективными ¹¹ . Однако они отстают от детекторов фотонов по чувствительности и времени отклика. Резонансные ИК-датчики ^{12 — 19} , механическая резонансная частота которых зависит от температуры, могут стать прорывом для тепловых детекторов, поскольку обеспечивают чрезвычайно высокую чувствительность из-за низкого уровня шума, связанного с измерениями частоты ²⁰ .

Разница температур, эквивалентных шуму (NETD), является ключевым показателем чувствительности ИК-датчика.NETD — это минимально различимое изменение температуры у источника излучения (например, ИК-мишени, а не детектора). Уравнение (1) дает одно определение ¹⁰ NETD. Δ T _T — изменение температуры на мишени (источнике ИК излучения). SNR — это отношение сигнал / шум на выходе инфракрасного детектора, где В _с — это уровень сигнала детектора (например, напряжение считывания или выходная частота), а В _N — общий шум (например.g., среднеквадратичное значение напряжения шума или фазовый шум) в полосе пропускания системы ²¹ .

NETD = ΔTTSNR = ΔTTVs ∕ VN

1

Для резонансных ИК-датчиков ¹⁴ Ур. ( ¹ ) можно переписать как

NETD = ΔTTPincPincPabsPabsΔTDσATCF

2

P _inc — мощность, падающая на детектор, P _abs — мощность, поглощаемая детектором _D — изменение температуры на детекторе, σ _A — девиация Аллана ²² (мера шума на частоте), а TCF — температурный коэффициент резонансной частоты.Чтобы повысить чувствительность, нужно минимизировать каждое соотношение в уравнении. ( ² ). (ΔTTPinc) относится к ИК-оптике и выходит за рамки данной статьи. (PincPabs) и (PabsΔTD) являются обратной величиной оптической плотности и теплопроводности датчика (включая проводимость в воздух, если не в вакуумной упаковке). Максимальное поглощение ²³ и минимизация тепловых потерь ^{17 , 24} чувствительной области улучшают чувствительность.Наконец, последний член (σATCF) состоит из двух ключевых параметров, характерных для резонансных ИК-датчиков. Высокая чувствительность может быть достигнута за счет увеличения TCF ^{25 , 26} и повышения стабильности частоты ^{27 — 29} .

Полимеры с памятью формы (SMP) ^{30 — 32} могут использоваться для увеличения TCF, поскольку их модуль Юнга имеет исключительно высокую температурную зависимость. SMP — это материалы с программируемым фазовым переходом, которые могут запоминать постоянную форму, деформироваться и фиксироваться во временной форме в заданных условиях, а позже, при внешнем воздействии, восстанавливать свою первоначальную постоянную форму ^{33 — 37} .Механические свойства SMP могут быть изменены с помощью таких стимулов, как температура ³⁸ , свет ³⁹ , растворитель ⁴⁰ и давление ⁴¹ . Технология ИК-датчика, о которой мы рассказываем здесь, основана на термочувствительных SMP, механические свойства которых изменяются с изменением температуры. В нашем датчике ИК-излучение нагревает SMP, тем самым изменяя его механические свойства. SMP имеет фазовый переход из жесткого состояния ниже его температуры стеклования ( T _стекло ) в резиновое состояние выше T _стекло .

Здесь мы сообщаем о высокочувствительном резонансном ИК-датчике на основе термочувствительных полимеров с памятью формы (SMP). Мы представляем, насколько нам известно, первое использование свойства теплового фазового перехода полимера в качестве механизма преобразования для ИК-обнаружения. Наши резонаторы SMP обеспечивают беспрецедентную чувствительность благодаря самому высокому TCF, о котором когда-либо сообщалось в качестве ИК-датчика. Материал SMP сам по себе не только обеспечивает механизм преобразования ИК-излучения в частоту, но также является хорошим поглотителем в длинноволновом ИК-диапазоне (LWIR) (т.е.е. от 7 до 14 мкм), избегая необходимости в дополнительном слое поглотителя. Материал SMP имеет низкую теплопроводность, что обеспечивает хорошую теплоизоляцию от окружающей среды. Эти характеристики резонаторов SMP позволяют производить высокочувствительное ИК-детектирование не только в вакууме, но и при атмосферном давлении. Чувствительность ИК-зондирования дополнительно повышается за счет использования SMP с высокодобротными мембранами из нитрида кремния (SiNx) в качестве биморфных резонаторов.

Результаты

Принцип работы

На рисунке показан принцип работы технологии резонансного ИК-детектирования, основанной на резонаторах SMP.

Обзор резонансного датчика IR SMP и принцип работы. — иллюстрация системы инфракрасного датчика . b Принцип работы ИК-датчика SMP: падающее ИК-излучение от ИК-мишени вызывает изменение температуры ΔT на резонаторе SMP. Это приводит к изменению модуля Юнга ΔE материала SMP, что сдвигает резонансную частоту Δ f _res резонатора SMP. c Изготовленный резонатор SMP, вид сверху. d Схематическая частотная характеристика резонатора IR SMP при включении и выключении ИК-подсветки: изменение температуры ИК-мишени можно определить по изменению резонансной частоты

Падающее ИК-излучение от цели вызывает изменение температуры на резонатор SMP, который зависит от ИК-оптики, а также от оптической плотности и теплового взаимодействия датчика с окружающей средой. Это изменение температуры приводит к изменению модуля Юнга материала SMP, сдвигая механическую резонансную частоту резонатора.Сдвиг резонансной частоты может быть обнаружен с помощью схемы считывания частоты ^{, , 42, ,} , а затем преобразован обратно в изменение температуры.

При заданном изменении температуры изменение резонансной частоты задается TCF датчика. TCF можно записать как TCF = 1fRes∂fRes∂TD [единица СИ: K ^-1 ], где f _Res — резонансная частота. Чем больше TCF, тем больше изменение резонансной частоты для данного изменения температуры.Для нашего материала TCF зависит от температуры и в принципе имеет максимум около температуры стеклования, T _{, стекло} . Таким образом, мы стремимся использовать датчики, нагретые до температуры около T _glass , для достижения наивысшего TCF.

Характеристики материала SMP

Дополнительный Рис. ¹ показывает измерение динамического механического анализа (DMA) коммерческого материала MM4520 SMP, который имеет номинальную температуру T _glass при 45 ° C.Модуль Юнга ( E ) нанесен на график в зависимости от температуры от 20 ° C до 80 ° C. E в этом диапазоне снижается с 1700 МПа до 10 МПа. Мы строим график теплового коэффициента модуля Юнга TCE = 1E∂E∂TD, который имеет максимальное значение около TCEpeak = 0,2K − 1 и находится в области стеклования при температуре около 50 ° C. Для механических резонаторов дисковой формы с низкими напряжениями TCF резонатора может быть рассчитана как половина TCE материала, поскольку частота механического резонанса резонатора пропорциональна E.Следовательно, значение пика TCE _{подразумевает пик} TCF _{0,1 К-1 (то есть 10%). Это значение TCF приведет к высокочувствительному резонансному ИК-датчику, если резонансная частота может быть отслежена точно, которая связана с добротностью резонатора. Проблемой для материалов SMP является низкая добротность около T glass . Собственный коэффициент качества ( Q E ) является обратной величиной коэффициента потерь материала. QE = tan (δ) -1 = E ‘∕ E ″, где E ′ — модуль накопления, а E ′ ′ — модуль потерь, которые были получены из измерений прямого доступа к памяти. Q E график зависимости от температуры на дополнительном рисунке ¹ . Q E существенно падает в районе температуры стеклования. Существует компромисс между Q-фактором и TCE или TCF, поскольку максимальные потери для материала SMP совпадают с пиком} TCE _{из-за высокой вязкоупругости около T glass . Использование резонатора IR SMP вдали от стекла T Glass приводит к более высокой добротности, но более низкому TCF.Следовательно, оптимальная рабочая температура может быть не совсем T glass .}

Другой подход к компромиссу между добротностью и TCF заключается в создании биморфа, состоящего из слоя материала SMP, прикрепленного к механическому резонатору с высокой добротностью. Биморф имеет более высокий Q-фактор, чем чистый SMP, но более низкий TCF, потому что большинство материалов с высоким Q имеют TCF на порядки меньше, чем SMP. Для изучения этого, помимо голых резонаторов SMP, мы также использовали высоконапряженные (HS) резонаторы из нитрида кремния (SiNx) с добротностью более 10 000 при комнатной температуре в высоком вакууме.

Последовательность определения характеристик резонатора SMP

Мы изготовили резонаторы круглой и квадратной формы, поскольку их геометрия легче изготовить и обеспечивает большую площадь поглотителя ИК-излучения, чем структура мостового типа. Размеры резонаторов круглой формы составляют 520 мкм в радиусе и 10 мкм в толщину, а размеры резонаторов квадратной формы составляют 1 мм × 1 мм × 150 нм, если не указано иное. Резонатор помещается на подложку из полиметилметакрилата (ПММА) толщиной 1 мм и с центральным отверстием для определения формы резонатора.Изготовление и сборка резонаторов SMP описаны в разделе «Методы».

Резонатор SMP установлен на пьезодисковом приводе и размещен на нагревателе с системой пропорционально-интегрально-производного (ПИД) регулятора температуры, который регулирует рабочую температуру резонатора ( T _sub ), используя термистор, размещенный на подложке (дополнительный рис. ² ). Подробную информацию о ПИД-регуляторе можно найти в разделе «Методы». Температура увеличивается с T _ниже = 25 ° C до T _ниже = 50 ° C с шагом 5 ° C.Изменение резонансной частоты и добротности отслеживают путем измерения зависимости смещения от частоты с помощью лазерного доплеровского виброметра (LDV). TCF и шум стабильности частоты ( σ _A ) этого резонатора определяются для каждой рабочей температуры. Наконец, измеряются NETD и время отклика.

Резонансная частота и Q

На рисунке показана резонансная частота 1-й изгибной моды в зависимости от температуры в вакууме (~ 10 ^–3 Па).Для каждого T _sub измеренное смещение в зависимости от частотных характеристик мембраны SMP приспособлено к функции Лоренца для определения резонансной частоты и добротности. Дополнительный рис. ³ показывает частотную характеристику мембраны SMP для 2 рабочих температур ( T _sub = 25 ° C в стекловидном состоянии, T _sub = 45 ° C в переходном состоянии). Измерения зависимости резонансной частоты от температуры сравниваются с аналитическими значениями, вычисленными ⁴² на основе модуля Юнга ( E ) отданные температуры, полученные из измерений прямого доступа к памяти (дополнительный рис. ¹ ). Экспериментальные данные хорошо согласуются с аналитическим решением (рис.). Резонансная частота изменяется как fRes ~ E (T).

Характеристики резонатора SMP. a Резонансная частота и b Зависимость добротности резонатора SMP от температуры. На обоих графиках показаны данные измерений в вакууме и аналитическое решение, основанное на данных прямого доступа к памяти

На рисунке показана зависимость добротности мембраны SMP в вакууме оттемпература ( T _sub ) . И измеренный Q, и собственный фактор качества материала Q _E из результатов прямого доступа к памяти хорошо согласуются. Q имеет максимальное значение вблизи комнатной температуры (в стеклообразном состоянии Q ≈ 43), в переходной области оно падает до Q ≈ 1–2. Хотя существует множество возможных факторов рассеивания энергии, таких как воздушное демпфирование и потери в якорях ⁴³ , доминирующим механизмом потери энергии в нашем случае являются внутренние материальные потери.

TCF, стабильность частоты и предельная чувствительность

Из зависимости резонансной частоты резонатора SMP от температуры легко вычислить TCF: TCF = 1fResΔfResΔTsub. Из TCF и шума стабильности частоты, характеризуемого девиацией Аллана (AD) — σ _A , можно вычислить минимальное обнаруживаемое изменение температуры подложки: δTsub = σATCF.

На рисунке показаны измерения AD резонатора SMP в зависимости от времени интегрирования (τ) для температур подложки от 25 до 50 ° C.Минимальные значения AD ( σ _A ≈ 8,6 × 10 ^–7 для τ = 460 мс) возникают при температуре подложки T _sub = 30 ° C. Эти значения AD на 2 порядка выше, чем у типичных MEMS-резонаторов ( σ _A ≈ 10 ^–8,2 ), выведенных из литературных данных ²² для устройств с аналогичными массами (~ 10 нг). По мере увеличения рабочей температуры нестабильность частоты увеличивается. Вероятно, это связано с падением добротности, поскольку AD обратно пропорционально добротности резонатора ²² .Амплитуда выходного сигнала (смещение резонатора) — еще один важный параметр, улучшающий стабильность частоты ⁴⁴ . Мы использовали резонатор во всех случаях, близких к максимальному пределу смещения нашего прибора LDV. Следовательно, по мере увеличения рабочей температуры мы также увеличиваем напряжение пьезодвигателя, чтобы компенсировать снижение Q.

TCF, анализ стабильности частоты и чувствительности для резонатора SMP. a Измерение отклонения Аллана как функция времени интегрирования для различных рабочих температур, полученных в вакууме (~ 10 ^–3 Па). b TCF (слева y — ось) и измерение AD (справа y — ось) для времени интегрирования τ = 500 мс в зависимости от рабочей температуры ( T _sub ). c Расчетная чувствительность определения температуры (δTsub = σATCF) в зависимости от рабочих температур. Наилучшая полученная чувствительность составляет 63 мкК при T _sub = Рабочая температура 30 ° C

Максимальная стабильность частоты достигается при времени интегрирования от τ = 200 мс до τ = 400 мс в зависимости от рабочей температуры.Нестабильность частоты увеличивается с увеличением времени интегрирования, вероятно, из-за теплового дрейфа. Для анализа чувствительности определения температуры мы использовали значения AD, соответствующие времени интегрирования τ = 500 мс, поскольку это соответствует тепловой постоянной времени датчика. (См. Дополнительное примечание ¹ для уменьшения диаметра резонатора SMP до 52 мкм для расчетной постоянной времени 7 мс).

На рисунке показаны измеренные значения TCF и отклонения Аллана для времени интегрирования τ = 500 мс.TCF рассчитывается согласно нормированному изменению частоты в пределах каждого шага 5 ° C с использованием измерений из рис. Наилучшая TCF составляет ~ 8% K ^-1 при рабочей температуре T _sub = 45 ° C. Этот TCF на 2 порядка выше, чем лучший TCF, о котором сообщалось до сих пор (~ 0,1% K ^-1 ) для ИК-резонансных датчиков ²⁵ . Кроме того, TCF более чем на порядок выше, чем у датчиков резонансной температуры ^{45 — 47} , для которых наилучшее значение TCF составляет 1.7% К ^-1 .

Для каждой точки данных на рис. Рассчитывается минимальное обнаруживаемое изменение температуры на подложке (δTsub), которое соответствует чувствительности прямого определения температуры. Наилучшая чувствительность определения температуры составляет 63 мкК при T _sub = рабочая температура 30 ° C, как показано на рис. Это значение означает, что простая архитектура резонансного датчика SMP обеспечивает чувствительность определения температуры, сравнимую или лучшую, чем характеристики современных резонансных датчиков температуры ^{45 , 46} или фотонных датчиков температуры с гораздо более сложной структурой. ^{48 , 49} .

Измерения NETD

Экспериментальная установка для определения характеристик ИК-датчиков SMP показана на дополнительном рисунке ⁴ . ИК-излучение от мишени при контролируемой температуре фокусируется на резонатор SMP. Поглощенное ИК-излучение вызывает изменение температуры на ИК-датчике Δ T _D , которое намного меньше, чем изменение температуры на цели, Δ T _T . ΔTDΔTT представляет отношение температуры детектора к температуре объекта, которое является функцией ИК-оптики, площади детектора, оптической плотности ИК-датчика и теплопроводности (подробный анализ см. В дополнительном примечании ² ).

Поглощение образца SMP толщиной 10 мкм измеряли с помощью инфракрасного спектрометра с преобразованием Фурье (FTIR) по всему спектру LWIR (дополнительный рисунок ⁵ ). Пленка SMP толщиной 10 мкм, 23 мкм и 57 мкм поглощает 48, 69 и 84% ИК-излучения в спектральном диапазоне 7–14 мкм (см. Методы измерения оптической плотности) соответственно. Поскольку материал SMP является хорошим поглотителем в диапазоне LWIR, нет необходимости в дополнительном слое поглотителя, и для этого исследования достаточно слоя толщиной 10 мкм.

Для тестирования резонаторов SMP в качестве ИК-датчиков, ИК-излучение, испускаемое черным резистивным нагревателем, модулировалось с помощью вращающегося прерывателя (подробности см. В разделе «Методы»). На рисунке показан ИК-отклик резонатора для двух разных температур источника ИК-излучения. Это приводит к двум различным разницам температур источника по отношению к окружающей среде, которые мы называем разностью температур абсолютно черного тела ( ΔT _bb ). Температура подложки резонатора поддерживается на уровне T _sub = 30 ° C (так как это оптимальная рабочая температура для устройства), а резонатор работает в вакууме (~ 10 ^–3 Па).Температурные изменения ΔT _bb = 5 ° C и ΔT _bb = 15 ° C в ИК-источнике приводят к сдвигу частоты на Δf ₁ ≈ 5 Гц и Δf ₂ ≈ 15 Гц соответственно. Чтобы определить NETD ИК-датчика, мы используем NETD = σA ∕ TCFbb, где TCF _bb — это TCF нашего датчика по отношению к разнице температур черного тела в 1 ° C и может быть выражено как TCFbb = 1fRes∂fRes∂Tbb . Мы измеряем NETD всего 22 мК.

Измерения NETD ИК-датчика SMP. a Частотная характеристика ИК-датчика SMP в вакууме при T _sub = рабочая температура 30 ° C, когда заданная температура периодически изменяется на ΔT _bb = 5 ° и на ΔT _bb = 15 °. b Частотная характеристика ИК-резонатора при T _sub = рабочая температура 30 ° C в вакууме и при 1 атмосфере. c Измеренное значение NETD vs.рабочая температура в вакууме и в воздухе

Термическая постоянная времени также определяется как 376 ± 8 мс на основе модулированного ИК-отклика (дополнительный рисунок ⁶ ), что является важным показателем для оценки времени отклика и потенциал датчика для видеоприложений в реальном времени (см. дополнительное примечание ¹ ).

На рисунке показан ИК-отклик резонатора в вакууме (~ 10 ^–3 Па), а также при атмосферном давлении при рабочей температуре T _sub = 30 ° C.Изменение температуры на ΔT _bb = 15 ° C на заданном уровне приводит к изменению частоты на Δf _воздух ≈ 5,4 Гц в воздухе по сравнению с Δf _{в вакууме} ≈ 15 Гц в вакууме . Теплопроводность от мембраны к подложке через воздух ухудшает отношение температуры детектора к целевой температуре (см. Дополнительное примечание ² ). Это можно увидеть на рис. 4, где тепловая постоянная времени мембраны в воздухе ниже, чем в вакууме, из-за теплопроводности через воздух.Чтобы определить NETD в воздухе, аналогичные измерения AD выполняются при атмосферном давлении. NETD при T _{при давлении воздуха} = 30 ° C рассчитывается как 162 мК. Несмотря на то, что NETD в воздухе примерно в 7 раз выше, чем в вакууме, тем не менее, он сопоставим с NETD современных резонансных ИК-датчиков, которые работают в вакууме ^{14 , 15} .

Наконец, мы измеряем NETD для рабочих температур от 25 до 45 ° C в вакууме и воздухе (рис.). При 25 и 30 ° C NETD составляет менее 45 мК (наилучшее значение NETD 22 мК) в вакууме и 160 мК (наилучшее значение NETD 112 мК) в воздухе. Мы сравниваем измеренные значения NETD с предсказанными значениями в дополнительном примечании ³ и видим хорошее соответствие между ними (дополнительный рисунок ⁷ ).

Повышение добротности с помощью мембран из нитрида кремния

Мы изготовили устройства, состоящие из 15 мкм материала SMP, прикрепленного к высоконапорным (HS, около 1 ГПа) мембранам из нитрида кремния (SiNx), 1 мм × 1 мм × 150 нм с добротностью более 10000 в вакууме.Эти составные резонаторы имеют более высокую добротность и более низкую TCF, чем пустые SMP-резонаторы. Резонансная частота резонатора SiNx / SMP измеряется как 147637∓6 Гц и 144573∓6 Гц с добротностью 737∓8 и 1050∓4, при T _ниже = 25 ° C и T _sub = 30 ° С соответственно. Дополнительные сведения см. В дополнительном рис. ⁸ . TCF составляет ~ 0,4% при T _ниже = 30 ° C.

На рисунке показан ИК-отклик SiNx / SMP-мембраны для ΔT _bb = 5 ° C в источнике ИК-излучения.Температура подложки поддерживается на уровне T _sub = 30 ° C, а резонатор работает в вакууме (~ 10 ^–3 Па). Измеряется частотный сдвиг Δf ₃ ≈ 15 Гц.

Измерения NETD ИК-датчика SiNx / SMP. a Частотная характеристика композитного SiNx / SMP ИК-датчика в вакууме при T _sub = рабочая температура 30 ° C, когда целевая температура периодически изменяется на ΔT _bb = 5 °. b Измерения отклонения Аллана как функция времени интегрирования при T _sub = 30 ° C для резонансного ИК-датчика SiNx / SMP в вакууме (~ 10 ^–3 Па)

На рисунке показаны измерения AD мембрана SiNx / SMP при T _sub = 30 ° C. Нестабильность частоты улучшается на порядок по сравнению с резонаторами SMP за счет улучшенной добротности. Для времени интегрирования τ = 500 мс измеренное значение NETD составляет 6 мК.Тепловая постоянная времени также определяется как 311 ± 1 мс на основе модулированного отклика ИК-излучения. Эти же эксперименты были повторены с меньшими квадратными мембранами SiNx / SMP размером 500 × 500 мкм. На дополнительном рисунке ⁹ показаны результаты испытаний мембраны меньшего размера. NETD рассчитывается как 38 мК для времени интегрирования τ = 250 мс с тепловой постоянной времени 225 ± 6 мс. В таблице сравниваются характеристики резонансных датчиков IR SMP и SMP / SiNx разных размеров и для разных условий давления.

Таблица 1

Сравнение характеристик ИК-резонансных датчиков SMP и SiNx / SMP: измеренные TCF, NETD и постоянная времени для резонансных датчиков SMP и SiNx / SMP различных размеров и форм и в условиях вакуума или окружающей атмосферы

2 21030 ± 10 9030

Обсуждение

Мы сообщаем о самом высоком TCF, зарегистрированном для резонансных ИК-детекторов, с сопоставимой чувствительностью прямого определения температуры (63 мкК для резонаторов SMP и 28 мкК для резонаторов SiNx / SMP) до или лучше, чем современные датчики температуры. Для ИК-зондирования мы измеряем NETD до 22 мК (в вакууме) и 112 мК (в воздухе), используя оптическую систему с числом f 2 (F # = 2) для голого резонатора SMP, имеющего радиус 520 мкм.Мы измеряем даже более низкую NETD (6 мК), используя композитные резонаторы SiNx / SMP. По сравнению с простыми резонаторами SMP, мы получаем 30-кратное увеличение добротности (с Q = 34 до Q = 1050) для резонаторов SiNx / SMP, что приводит к 10-кратному повышению стабильности частоты при T _sub = 30 ° C. Однако TCF составного резонатора падает в 3 раза (с 1,2 до 0,4%) при T _sub = 30 ° C. Резонаторы SiNx / SMP позволяют повысить чувствительность примерно в 3 раза.

Важно отметить, что мы можем улучшить эффективность сбора ИК-излучения, уменьшив f-число ИК-оптики. Мы могли бы улучшить чувствительность в 4 раза, изменив оптику на F # = 1. Есть возможность улучшить поглощение в два раза (например, за счет создания резонансной полости). Благодаря этим улучшениям, NETD упадет до 2,75 мК для резонатора SMP и до уровней субмК для резонаторов SiNx / SMP (теоретический анализ NETD см. На дополнительных рисунках ¹⁰ — ¹¹ ; дополнительное примечание ² ).

NETD ИК-датчика тесно связано со временем отклика датчика. Чем больше время отклика, тем выше чувствительность ИК-обнаружения. Мы разработали тепловую модель для анализа времени отклика датчика (дополнительные рисунки ¹² — ¹⁴ ; дополнительное примечание ¹ ). Тепловая постоянная времени (τth) резонатора SMP определяет время отклика датчика, которое может быть выражено как τth = CtotalGtotal, где Gtotal — общая теплопроводность, а Ctotal — теплоемкость резонатора SMP.Время отклика датчика пропорционально теплоемкости и обратной теплопроводности мембраны SMP. Наши резонаторы SMP имеют тепловую постоянную времени 376 ± 8 мс в вакууме и 210 ± 10 мс при атмосферном давлении.

Для уменьшения времени отклика необходимо уменьшить радиус и / или толщину мембраны, учитывая влияние обоих параметров на чувствительность через теплопроводность и площадь поглотителя. Например, уменьшение радиуса в 10 раз (с 520 мкм до 52 мкм) уменьшило тепловую постоянную времени почти в 100 раз в вакууме до 7 мс.

Мы продемонстрировали первое использование полимера с фазовым переходом в качестве механизма преобразования высокочувствительного ИК-резонансного датчика. Сам материал SMP обеспечивает механизм трансдукции, а также является хорошим поглотителем в диапазоне LWIR (7–14 мкм). Наши датчики SMP могут работать при атмосферном давлении с очень небольшой деградацией по сравнению с работой в вакууме из-за высокой чувствительности датчика SMP и высокой внутренней теплоизоляции. SMP могут быть структурированы с использованием установленных процессов MEMS для достижения размеров пикселей 50 мкм или меньше в больших массивах.Емкостное преобразование может использоваться для срабатывания и считывания. Мы предполагаем, что массивы резонаторов SMP или SiNx / SMP могут быть использованы в качестве неохлаждаемых ТГц детекторов благодаря высокой TCF (связанной со свойством материала) и низким уровнем шума (связанного с измерениями частоты).

Методы

Изготовление

Процесс изготовления мембраны SMP показан на дополнительном рисунке ¹⁵ . Для устройств, представленных в данной работе, мы использовали гранулы MM4520 SMP от SMP Technologies.Чтобы получить раствор для литья под давлением, гранулы SMP растворяют в ДМФ в весовом соотношении 1: 5 и перемешивают в течение ночи при 80 ° C. Производство начинается с (1) очистки листа полиэтилентерефталата (ПЭТ) размером A4, который используется в качестве подложки для мембраны SMP, и (2) отливки лезвия жертвенного слоя аморфного фторопласта Teflon ™ AF толщиной 100 нм (из Chemours Company) на этом листе ПЭТ, чтобы способствовать высвобождению мембраны SMP. (3) Раствор SMP наносят на временный слой с помощью аппликатора для нанесения покрытий Zehntner ZAA2300 .Каждому этапу литья предшествует обработка кислородной плазмой. После литья проходит стадия отверждения при 80 ° C на плитке в течение ~ 3 часов. Процесс продолжается (4) нанесением рисунка на мембрану SMP с помощью лазерного резака ( Trotec Speedy 300 ). (5) пластина из ПММА толщиной 1 мм используется для формирования подложки для резонатора, и на эту пластину из ПММА наносится адгезивный слой ( ARclear 8932EE, Adhesive Research ). (6) ЧПУ ( CNC Basic 540 из Step-Four ) используется для моделирования ПММА для формирования круглых отверстий для резонатора.После нанесения рисунка на подложку из ПММА и мембрану из SMP (7) их собирают вместе. Наконец, (8) лазерный резак используется для вырезания отдельных блоков резонатора.

Мембраны из нитрида кремния изготавливаются путем нанесения нитрида кремния с низким или высоким напряжением (SiNx) с помощью LPCVD на двустороннюю полированную пластину. Отверстия на тыльной стороне нитрида выполнены методами фотолитографии и плазменного травления. Затем для высвобождения мембран используют сквозное травление КОН. SMP толщиной 15 мкм наносят на мембраны с помощью центрифуги для формирования мембран SiNx / SMP.

Характеристики поглотителя

Измерения поглощения в инфракрасном диапазоне с преобразованием Фурье (FTIR) выполняются с помощью THERMO Nicolet 8700 FTIR на образцах без покрытия SMP. Измеряется спектр пропускания T . Затем спектр поглощения A непосредственно извлекается из следующего выражения: около 5% ⁵¹ .

Измерение

Дополнение На рис. ⁴ показана экспериментальная установка для обнаружения ИК-излучения. Резонаторы SMP прикреплены к пьезодисковым приводам ( Noliac — NAC 2014, Thorlabs — PA4FEW ) с помощью термоклея ( Fischer Elektronik — WLFT 404 23 × 23 ). Резонатор SMP на пьезодисковом исполнительном механизме закреплен на элементе Пельтье ( Multicomp — MCPE-127-10-25 ) с помощью того же термоклея. Коммерческая система ПИД-регулятора температуры ( Meerstetter Engineering GmbH — TEC-1091 ) контролирует и регулирует рабочую температуру резонаторов с помощью датчика температуры PT-100, который расположен на подложке из ПММА.Чтобы выбрать наборы параметров ПИД-регулятора, процесс автонастройки служебного программного обеспечения ПИД-регулятора используется для оптимизации системы.

Величина и фаза частотной характеристики резонаторов SMP измеряются с помощью лазерного доплеровского виброметра ( Polytec — MSV 400 ). Образцы помещают в вакуумную камеру, которая имеет оптическое окно из ZnSe без просветляющего покрытия ( Crystran LTD — ZNSEP50-3 ), чтобы обеспечить пропускание как ИК-излучения, так и красного лазерного излучения для считывания смещения.Видимый свет имеет нормальное падение на датчик, в то время как инфракрасное излучение имеет наклонное падение около 55–60 °. Коллиматорная установка ⁵² с двумя линзами из ZnSe с ИК-покрытием ( Thorlabs — LA7656-G-Ø1 «-f = 25,4 мм и LA7542-G-Ø1″ -f = 50,1 мм) реализованы для получения контролируемой освещенности, которая не зависит от расстояния источник-цель, как показано на дополнительном рисунке ⁴ . Из-за нехватки места под LDV мы используем вторую линзу в коллиматоре с фокусным расстоянием 50.1 мм с диаметром 25,4 мм, что приводит к более низкой эффективности улавливания из-за использования линзы с числом f, равным 2. В качестве ИК-датчика используется резистивный нагреватель, окрашенный в черный цвет ( DBK — HP04-1 / 04-24 ). источник, расположенный перед вращающимся измельчителем ( Stanford Research Systems, SR540 ). ИК-мишень калибруется с помощью коммерческого ИК-термометра (PeakTech 4950), чтобы определить разницу температур между мишенью и окружающей средой.

Модулированное ИК-излучение от этой ИК-мишени проходит через систему ИК-линз и освещает резонатор SMP.Это вызывает изменение температуры в резонаторе, что изменяет его модуль Юнга и, следовательно, резонансную частоту, контролируемую LDV. Внутренний генератор синхронизирующего усилителя ( Stanford Research Systems, SR550 ) используется для привода пьезодискового привода на фиксированной частоте возбуждения (близкой к резонансу), в то время как выход LDV подключен к той же блокировке. в усилителе для отслеживания разности фаз между сигналом срабатывания и выходным сигналом датчика. Таким образом, изменение фазового сигнала пропорционально разнице температур между ножом прерывателя и ИК-мишенью.Этот фазовый сигнал преобразуется в частоту с использованием фазовой характеристики резонатора без обратной связи. Определяется наклон фазовой характеристики вблизи резонансной частоты (m = Δφ ∕ Δf), и этот наклон используется для преобразования фазы в частоту (ft = φ (t) ∕ m). Данные фазы и амплитуды синхронного усилителя собираются с помощью осциллографа ( Agilent Technologies, MSO9104A ). Для измерений ИК-отклика данных (рис.) Голых резонаторов SMP используется фильтр скользящего среднего ( N = 1001) для сглаживания данных, которые были получены с частотой сбора данных 25 кГц.Отклонение Аллана измеряется в разомкнутой конфигурации — постоянная частота привода. Резонаторы не облучаются ИК-излучением во время измерений. Мы следуем той же процедуре, что и в исх. ²² для расчета отклонения Аллана.

Для характеристики резонаторов SiNx / SMP используется та же экспериментальная установка, что и для резонаторов SMP. Однако мы используем другой синхронизирующий усилитель (UHFLI, Zurich Instruments) с большей полосой измерения. Отслеживание частоты напрямую измеряется с помощью петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).В этой системе ФАПЧ реализованы измерения частотного выхода резонаторов SiNx / SMP во время тестов обнаружения ИК-излучения и измерения отклонения Аллана. Остальная процедура эксперимента и методы расчета девиации Аллана такие же, как и для голых резонаторов SMP. Для данных измерений ИК-отклика (рис., Дополнительный рис. ^{9a, b} ) используется фильтр скользящего среднего ( N = 101) для сглаживания данных, которые были получены с частотой сбора данных 1,8 кГц.

Ссылки

4. Губе, Э., Кац, Дж. И Порикли, Ф. Отслеживание пешеходов с использованием теплового инфракрасного изображения. в Инфракрасные технологии и приложения XXXII 6206 , 62062C (Международное общество оптики и фотоники, 2006).

6. Фоллмер М. и Мёлльманн К.-П. Инфракрасное тепловидение: основы, исследования и приложения . (John Wiley & Sons, 2017).

7. Блэквелл, Р. Дж., Бах, Т., О’Доннелл, Д., Генечко, Дж. И Джозвик, М. Разработка микроболометров FPA с разрешением 17 мкм, разрешение 640 x 480 пикселей, компания BAE Systems. в Инфракрасные технологии и приложения XXXIII 6542 , 65421U (Международное общество оптики и фотоники, 2007).

0156. [CrossRef] [Google Scholar] 10. Адиян У., Чивитчи Ф., Ферханоглу О, Торун Х., Юри Х. ИК-термомеханический МЭМС-датчик с шагом 35 мкм и оптическим считыванием по переменному току. IEEE J. Sel. Верхний. Квантовая электроника. 2015; 21: 87–92. DOI: 10.1109 / JSTQE.2014.2384503. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Рогальский А. Новые неохлаждаемые инфракрасные детекторы.Опто-Электрон. Ред. 2010; 18: 478–492. [Google Scholar] 12. Виг Дж. Р., Филлер Р. Л., Ким Ю. Неохлаждаемая матрица формирования изображений в ИК-диапазоне на основе кварцевых микрорезонаторов. J. Microelectromechan. Syst. 1996. 5: 131–137. DOI: 10.1109 / 84.506201. [CrossRef] [Google Scholar] 13. Хуэй Й., Гомес-Диас Дж. С., Цянь З., Алё А., Ринальди М. Плазмонный пьезоэлектрический наномеханический резонатор для спектрально-селективного инфракрасного зондирования. Nat. Commun. 2016; 7: 11249. DOI: 10,1038 / ncomms11249. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. Гохале VJ, Раис-Заде М.Неохлаждаемые инфракрасные детекторы с использованием нитрида галлия на кремниевых микромеханических резонаторах. J. Microelectromechan. Syst. 2014; 23: 803–810. DOI: 10.1109 / JMEMS.2013.2292368. [CrossRef] [Google Scholar] 15. Laurent L, Yon J-J, Moulet J-S, Roukes M, Duraffourg L. Электромеханический резонатор с шагом 12 мкм для измерения температуры. Phys. Rev. Appl. 2018; 9: 024016. DOI: 10.1103 / PhysRevApplied.9.024016. [CrossRef] [Google Scholar] 16. Као П., Тадигадапа С. Матрица инфракрасных детекторов на основе микромашинного кварцевого резонатора. Sens.Приводы Phys. 2009. 149: 189–192. DOI: 10.1016 / j.sna.2008.11.013. [CrossRef] [Google Scholar] 17. Чжан XC, Майерс Е.Б., Садер Дж.Э., Рукес М.Л. Наномеханические крутильные резонаторы для инфракрасного теплового зондирования со сдвигом частоты. Нано. Lett. 2013; 13: 1528–1534. DOI: 10.1021 / NL304687p. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Ларсен Т., Шмид С., Вильянуэва Л.Г., Буазен А. Фототермический анализ отдельных образцов наночастиц с использованием микромеханических резонаторов. САУ Нано. 2013; 7: 6188–6193. DOI: 10.1021 / nn402057f.[PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Duraffourg L, Laurent L, Moulet J-S, Arcamone J, Yon J-J. Массив резонансных электромеханических наносистем: технологический прорыв в области создания неохлаждаемых инфракрасных изображений. Микромашины. 2018; 9: 401. DOI: 10,3390 / mi^{01. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]}

20. Виг, Дж. Р., Филлер, Р. Л. и Ким, Ю. Матрицы датчиков микрорезонаторов. in Proceedings of the 1995 IEEE International Frequency Control Symposium (49th Annual Symposium) , San Francisco USA 31 , 852–869 (1995).

21. Круз, П. В. Неохлаждаемое тепловидение: массивы, системы и приложения . 2003 (SPIE press Bellingham, 2001).

23. Hui, Y. & Rinaldi, M. Высокопроизводительный резонансный инфракрасный детектор NEMS на основе резонатора из нанопластин из нитрида алюминия. в Твердотельные датчики, исполнительные механизмы и микросистемы (ДАТЧИКИ и ЕВРОСЕНСОРЫ XXVII), 2013 г. Датчики и евродатчики XXVII: 17-я Международная конференция по 968–971 (IEEE, 2013).

29. Гохале, В. Дж. И Райс-Заде, М. Чувствительные неохлаждаемые ИК-детекторы с резонаторами из нитрида галлия и поглотителями из нитрида кремния.в Proc. Твердотельные датчики, приводы и микросистемы, семинар 1–4, издатель: Transducers Research Foundation (2012).

42.Шмид С., Вильянуэва Л. Г. и Роукс М. Л. Основы наномеханических резонаторов . (Springer, 2016).

44. Робинс, У. П. Фазовый шум в источниках сигналов: теория и приложения. Vol. 9, (ИЭПП, 1984).

52. Арнольд Д. Полевое руководство по инфракрасным системам , Детекторы и FPA , SPIE Press, 2-е изд. . Т. 10 (2010).

Высокоскоростной электрооптический модулятор с тройным микрокольцом

Принцип и оптический спектр

Микрокольцевой модулятор схематически показан на рис. 1 (а). Он состоит из трех колец 1, 2 и 3. Кольца 1 и 2 имеют одинаковую геометрию и работают как двойной микрокольцевый резонатор для накопления оптической энергии ¹² .Кольцо 3 является компонентом пути обратной связи по энергии и используется для излучения света из порта A. Когда кольцо 3 настроено на резонанс, проходящий свет в канале B возвращается в полость. В этом случае резонанс кольца 3 такой же, как у колец 1 и 2. Когда кольцо 3 настроено на отключение от резонанса путем изменения показателя преломления, полость испускает свет из тракта обратной связи в порт A. Даже в таком выключенном состоянии кольца 1 и 2 сохраняют достаточную энергию фотонов в оптическом резонаторе, что является ключевым моментом для модуляции интенсивности связи.

Схема модулятора трехкольцевого резонатора. ( a ) Структура модулятора. ( b ) Сечение волновода. ( c ) Фундаментальное распределение мод TE. Длина волноводов L ₀ = л ₁₁ = л ₁₂ = л ₁₃ = 40 мкм, L ₁ = л ₂ = л ₃ = л ₄ = 240 мкм, L ₅ = л ₆ = 120 мкм, L ₇ = л ₈ = 240 мкм, L ₉ = 80 мкм и L ₁₀ = 400 мкм.Модель L ₁ , L ₂ , L ₃ и L ₄ выбраны для установки резонанса, близкого к длине волны 1550 нм. Интегральный коэффициент модального перекрытия Γ равен 0,525.

Для работы микрокольцевого резонатора с перестраиваемым показателем преломления использовался гибридный кремниевый и электрооптический (ЭО) полимерный микрокольцевый резонатор ²¹ .Ранее мы показали, что волноводный модулятор обеспечивает большой ЭО-эффект в устройстве. Измеренный коэффициент ЭО ( r ₃₃ ) была выше 100 пм / В на длине волны 1550 нм. Благодаря относительно высокому показателю преломления гибридного волновода, кольцевой резонатор диаметром 100 мкм с высоким Q был реализован для применения модулятора кольцевого резонатора EO ²² . На рис. 1 (б) показано поперечное сечение гибридного волновода.В качестве сердцевины использовался ультратонкий кремний толщиной 48 нм и шириной 1,5 мкм. Затем он был покрыт слоем полимера ЭО толщиной 1,2 мкм. На рисунке 1 (c) показано рассчитанное распределение ТЕ-моды по волноводу. В такой геометрии волновод обеспечивает распространение света на границе слоев кремния и полимера ЭО, таким образом, волновод демонстрирует подходящее модальное перекрытие для модуляции ЭО. Распределение электрического поля непрерывно в вертикальном направлении, в то время как горизонтальные неоднородности на границах кремния существуют из-за большой разницы показателей преломления между кремнием и полимером ЭО.Основываясь на этих экспериментальных и теоретических свойствах, мы использовали метод ступенчатой ​​динамики для расчета модуляции интенсивности связи ^{23, 24} .

Коэффициент самосвязывания ( т _кв.м ) и коэффициент перекрестной связи ( κ _кв.м ) в точках сцепки м ^{-й микрокольцо} обозначено | т _кв.м | ² + | к _кв.м | ² = 1 для связи без потерь.Для расчета спектров оптического пропускания мы выбрали κ ₁ = κ ₂ = κ ₃ = −0,4i, а потери передачи α = 4 дБ / см. Эффективный показатель преломления n _eff волновода 1,643. Кольцо 3 настраивается благодаря ЭО свойству гибридного волновода. Согласно ожидаемому изменению показателя преломления (Δ n = 4 × 10 ⁻⁴ ) в кольце 3, спектральное изменение выходных огней из портов A, B и C получается, как показано на рис.2. В порте A четкие состояния «ВКЛ» и «ВЫКЛ» можно увидеть на центральной длине волны 1550,02 нм. В модуляторе интенсивности связи двойной микрокольцевый резонатор накапливает оптическую энергию. Следовательно, спектры порта B показывают относительно высокие свойства — Q , имеющие 8,333 и 4,403 в состояниях «ВКЛ» и «ВЫКЛ», соответственно. Кроме того, модулятор преодолевает ограничение на время жизни фотонов резонатора.

Оптические спектры микрокольцевого резонатора. ( a ) При резонансе в кольце 3 и ( b ) вне резонанса путем добавления настройки показателя преломления Δ n = 4 × 10 ⁻⁴ .{3} {r} _ {33} {\ rm {\ Gamma}} E \), где r ₃₃ — коэффициент EO в устройстве, Γ — интегральный коэффициент модального перекрытия, E — приложенное электрическое поле ²⁵ . Для простоты выбираем r ₃₃ = 150 пм / В для установки r ₃₃ Γ = 80 пм / В. Мы предполагаем, что электроды в геометрии копланарной полосы имеют зазор 4 мкм. Несоответствие скоростей между оптической волной и возбуждающей микроволной может быть выражено через разницу показателей.Мы установили разницу показателей равной 0,2 в качестве компромисса, принимая во внимание низкую диэлектрическую проницаемость полимера ЭО.

Для модуляции применяется синусоидальный электрический сигнал с размахом напряжения 2,0 В. Модулированные выходные сигналы с частотами 20 ГГц и 80 ГГц показаны на рис. 3. Напряжение смещения также применяется для установки модулятора на половине выходной точки для линейного электрического и оптического режима. Четкие формы выходных сигналов можно наблюдать на обеих частотах без каких-либо искажений.Амплитуда интенсивности света на частоте 80 ГГц немного меньше, чем на частоте 20 ГГц. На рис. 4 используются непрерывные частотные сигналы от 0,1 до 500 ГГц для определения свойства полосы пропускания модулятора. Максимальная глубина модуляции составляет 0,23 или 6,4 дБ. Такая глубина модуляции больше, чем сообщается для MZIMR, и сравнима с MZIMR ²⁰ с фазовым кольцом. На рис. 4 есть область плато между 10 ГГц и 80 ГГц, которая предлагает большое окно полосы пропускания для приложения высокоскоростного модулятора.Глубина модуляции уменьшается на более высоких частотах, и модулятор демонстрирует полосу пропускания 3 дБ, равную 103 ГГц. Хотя MZIMR теоретически предсказал свойство неограниченной полосы пропускания ^{14,15,16,17,18} , ограничение частоты в нашем модуляторе предположительно является результатом индексной модуляции в кольце 3. Это приводит к спаду глубины модуляции при очень высоких значениях. частоты модуляции, потому что боковые полосы уменьшаются с увеличением частоты модуляции ^{15, 20} . Когда частота увеличивается до целого числа, кратного свободному спектру (FSR), модуляция вызывает значительное уменьшение циркулирующего поля в резонаторе ¹⁶ .На рис. 4 колебания и точки резонанса наблюдаются на частоте более 160 ГГц. Такое ограничение аналогично тому, которое существует в MZIMR ^{1, 20} с фазовым кольцом. Обратите внимание, что, принимая во внимание упомянутый выше эффект спада, частота в точке резонанса не является точным целым кратным FSR.

Модулированные выходные сигналы резонатора. Частоты модуляции — 20 ГГц и 80 ГГц. Здесь размах напряжения управляющего напряжения равен 2.0 В. Модулятор смещен, чтобы установить центр выходных сигналов на 0,5 по продольной координате.

Частотная характеристика резонаторного модулятора.

Свойства импульсной модуляции

Для аналоговой синусоидальной модуляции модулятор правильно смещен в половине выходной точки, как упомянуто выше. Следовательно, во время модуляции кольцо ворот всегда находится в «открытом» состоянии. В таком открытом состоянии скорость модуляции ограничена из-за уменьшения накопленной энергии и Q -фактора резонатора.С другой стороны, импульсная модуляция является решающим методом, который обеспечивает высокоскоростную цифровую передачу с помощью простых сигналов «0» и «1». Поскольку для этой модуляции не требуется регулирование напряжения смещения, в резонаторе может храниться больше энергии. Чтобы охарактеризовать реакцию на цифровые сигналы, мы сначала применили серию импульсов без возврата к нулю (NRZ) с чередованием «0» и «1» на модулятор микрокольца и рассчитали форму выходного сигнала. Затем мы использовали псевдослучайную последовательность NRZ для исследования глазковой диаграммы и BER.

На рисунке 5 показаны оптические выходы модулятора при подаче импульсного сигнала с интервалами 100 пс и 500 пс, которые соответствуют частотам повторения 10 Гбит / с и 2 Гбит / с, соответственно. Пиковое напряжение последовательности импульсов NRZ составляет 2,0 В. Видно, что амплитуды выходных световых сигналов для обеих скоростей сигнала почти одинаковы. Коэффициент ослабления составляет 20 дБ, что превосходит значение, указанное в предыдущем модулированном по интенсивности связи MZIMR ^{11, 20} . В обоих импульсных ответах видны небольшие колебания на переднем фронте сигналов.Такое колебание можно объяснить эффектом памяти микрокольца ^{16, 20} . В этой конструкции указатель кольца 3 настроен вместо κ ₃ . Циркулирующее поле в кольце 3 подвергается непрерывной индексной модуляции и временной задержке. Следовательно, кольцо не может реагировать на быстрое изменение импульсного сигнала на переднем фронте и вызывает короткие колебания перед стабилизацией. Такое неожиданное искажение заметно в форме импульса на более высокой частоте.Хотя избыточный уровень шума достаточно мал, чтобы его можно было отфильтровать с помощью технологии обработки сигнала, использование меньшего кольца — еще одно решение для подавления таких колебаний.

Выход модуляции серии импульсов NRZ с интервалами между импульсами 100 и 500 пс. Последовательность импульсов NRZ состоит из чередующихся кодов «0» и «1» с напряжением 2,0 Vpp.

На рисунке 6 показаны глазковые диаграммы выходного сигнала при скоростях импульсной модуляции 120, 140 и 160 Гбит / с.Последовательность импульсов состоит из 2 ²³ -1 сигнала псевдослучайной битовой последовательности (PRBS) с размахом напряжения 2,0 В. Глазковые диаграммы четко открываются при каждой скорости модуляции. Модулятор показал очень низкий BER отклик с четкими передними и задними фронтами, точным выравниванием кода и небольшим дрожанием. Расчетные значения BER при этих скоростях меньше 1 × 10 ^-8 . С другой стороны, глазковые диаграммы становились нечеткими с увеличением BER, когда скорость модуляции увеличивалась более чем на 200 Гбит / с.

Глазковые диаграммы модулирующего выхода 2 ²³ -1 PRBS. Скорости модуляции составляют ( a ) 120 Гбит / с, ( b ) 140 Гбит / с и ( c ) 160 Гбит / с соответственно.

При анализе глазковой диаграммы отношение сигнал / шум ( SNR ) можно получить из исх. 26 год

$$ SNR = \ frac {{\ mu} _ {2} — {\ mu} _ {1}} {{\ sigma} _ {2} + {\ sigma} _ {1}} $$

(1)

где μ ₁ и μ ₂ — амплитуды глаз на нижнем и верхнем краях соответственно. σ ₁ и σ ₂ — шумы мкм ₁ и μ ₂ соответственно. На рис. 6 (a) SNR оценивается как 33,33 для 120 Гбит / с, а коэффициент ослабления составляет 16,84 из ER = 10 log ( μ ₂ / мкм ₁ ).Согласно классической формуле Шеннона, определенной как C = W log ₂ (1 + SNR ), способность модуляции ( C ) предлагаемого микрокольцевого модулятора составляет 525 Гбит / с с использованием полосы пропускания ( W ). ) 103 ГГц. Хотя расчет теоретически основан на идеальных условиях, полученный результат подтверждает потенциально доступную сверхвысокую скорость отклика резонатора с тройным микрокольцом.

Теория кольцевого резонатора

В этой настройке, как объясняется в следующих параграфах, прогнозирование спектральный отклик резонатора требует описания светового распространение по сегментам полости, анализ отклика изогнутые прямые волноводные ответвители и, наконец, каркас для объединения этих отдельные модули для прогнозирования падения и пропускной способности.Последующие обсуждение в этом разделе предназначено для структур, содержащих мономодальные прямые волноводы и кольцевой резонатор. В главе 4 мы расширяем его на мультимодальная установка.

кольцевых резонаторов, объяснено энциклопедией RP Photonics; резонаторы, свойства, применения, резонаторы усиления, кольцевой лазер, OPO, фильтр, очиститель мод

Энциклопедия> буква R> кольцевые резонаторы

Определение: оптические резонаторы, в которых свет может независимо циркулировать в двух разных направлениях

Более общий термин: оптические резонаторы

Противоположный термин: линейные резонаторы, резонаторы стоячей волны

Немецкий: Ringresonatoren

Категория: оптические резонаторы

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/ring_resonators.html

Оптические резонаторы могут быть выполнены в двух различных топологиях:

• Линейные резонаторы (резонаторы стоячей волны) имеют два торцевых зеркала с перпендикулярным падением света. В этом случае циркулирующий свет неизбежно будет иметь два встречных компонента.
• Кольцевые резонаторы не имеют торцевых зеркал; ни одно из зеркал резонатора не отражает свет обратно в себя.

В качестве примера на рисунке 1 показан кольцевой резонатор, в котором свет вводится через частично пропускающее зеркало, а свет выводится через другое зеркало:

Обратите внимание, что падающий свет приводит к циркуляции света в резонаторе только в одном направлении. Таким образом, в верхнем правом углу получается один выходной луч.

Если пропускание обоих плоских зеркал одинаково и два изогнутых зеркала обладают высокой отражающей способностью, у нас есть согласование импеданса в резонансе: вся падающая мощность передается на другую сторону, и фактически нет отраженной мощности, потому что непосредственно отраженная составляющая и свет, выходящий из резонатора, подавляют друг друга за счет деструктивной интерференции.

Кольцевые резонаторы различных форм

Кольцевые резонаторы могут быть образованы путем объединения некоторых лазерных зеркал, как показано выше. Однако есть и другие возможности:

• Можно использовать полное внутреннее отражение. Это сделано, например, для неплоских кольцевых генераторов (см. Рисунок 2). Ref. В [4] приводится другой пример, в котором используется связь затухающей волны с призмой. Этот механизм обеспечивает различную степень сцепления.
• Волоконно-оптический кабель можно использовать для создания кольцевого волоконного резонатора. Таким образом можно реализовать резонаторы с очень большим временем обхода. Волоконный соединитель может использоваться для ввода света в резонатор или для его вывода.
• Сферический кусок стекла можно использовать в качестве кольцевого резонатора, демонстрируя так называемые моды шепчущей галереи. Связь возможна с помощью призмы с использованием кратковременных волн.
• Имеются микрокольцевые полости, которые реализованы со встроенной оптикой в ​​виде волноводных структур.Здесь можно использовать затухающую волну связи с прямым волноводом, проходящим через кольцо на близком расстоянии.

Отличия от линейных резонаторов

Кольцевые резонаторы по своим свойствам отличаются от линейных резонаторов по различным параметрам:

• Отраженный свет никогда не вернется прямо к своему источнику, потому что у нас нет нормального падения на какие-либо зеркальные поверхности. Это может быть существенным преимуществом кольцевого резонатора, который используется, например, в качестве очистителя мод для лазера, который в противном случае мог бы раздражаться отраженным назад светом.
• Когда циркулирующий свет попадает на изогнутое (фокусирующее или расфокусирующее) зеркало резонатора, это вносит некоторый астигматизм, поскольку нормального падения не может быть. (Диоптрическая сила изогнутого зеркала различается в тангенциальном и сагиттальном направлениях.) Часто этот астигматизм пытаются минимизировать, используя малые углы падения. Поэтому обычно используется геометрия кольцевого резонатора типа «бабочка», как показано, например, на рисунке 1, а не, например, прямоугольная геометрия с углом падения зеркал 45 °.
• В кольцевом резонаторе свет может независимо циркулировать в двух разных направлениях, если не введена некоторая связь, например паразитными отражениями. Пока поддерживается однонаправленная работа, можно избежать присутствия встречного света в кольцевом резонаторе (кроме близких к зеркалам резонатора, где есть некоторое перекрытие падающего и отраженного лучей). Таким образом, исключаются эффекты прожигания пространственных отверстий. Это актуально для некоторых лазеров (см. Ниже).
• Кольцевой резонатор имеет только одну зону устойчивости e.грамм. относительно диоптрической силы тепловой линзы лазерного кристалла. У линейных резонаторов есть две такие зоны устойчивости.

Применение кольцевых резонаторов

Резонансные резонаторы

Резонансные резонаторы используются в различных приложениях, где можно использовать значительное увеличение циркулирующей оптической мощности.

Особенно важным применением является удвоение резонансной частоты. Здесь часто предпочтительна геометрия кольцевого резонатора (см. Рис. 3), так как она позволяет избежать обратного отражения света в направлении лазерного источника, и можно легко объединить практически весь свет с удвоенной частотой на одном зеркале (обычно в одном зеркале). сразу после нелинейного кристалла).

Кольцевые лазеры

В качестве примера на рисунке 4 показан кольцевой лазерный резонатор, содержащий лазерный кристалл и изолятор Фарадея:

В то время как большинство лазеров реализовано с использованием линейных резонаторов, которые ориентировочно проще в сборке, в некоторых ситуациях предпочтительны кольцевые лазерные резонаторы:

Оптические параметрические генераторы

Аналогичным образом кольцевые резонаторы используются для параметрических генераторов оптики (OPO). Здесь обычно используется резонанс либо для сигнальной лампы, либо для холостой волны. В некоторых случаях реализуется двухрезонансный ПГС, в котором резонансны и сигнал, и холостой ход.

Фильтрация и обработка сигналов

Есть несколько вариантов применения кольцевого резонатора в качестве оптического фильтра.Например, в интегральной оптике можно реализовать крошечные кольца, которые соединены со всеми прямыми волноводами с противоположных сторон. Только когда входной свет в волновод является резонансным, он входит в кольцо и попадает в другой волновод, в то время как свет со всеми оптическими частотами передается по первому волноводу. Такие методы могут использоваться, например, для оптоволоконной связи с мультиплексированием с разделением по длине волны.

Генерация частотной гребенки

Для создания гребенок частот используются специальные виды кольцевых резонаторов [7, 8].

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также наше заявление о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, свяжитесь с ним e.грамм. по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

(Предлагайте дополнительную литературу!)

См. Также: оптические резонаторы, кольцевые лазеры, резонаторы стоячей волны, лазерные резонаторы
и другие товары в категории оптические резонаторы

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья о кольцевых резонаторах  
 в  
 Энциклопедия фотоники RP   

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
  alt = "article">   

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/ring_resonators.html статья 
 о кольцевых резонаторах в энциклопедии RP Photonics]