Silikonowy modulator optyczny do FMCW

Modulator optyczny krzemowydla FMCW

Jak wszyscy wiemy, jednym z najważniejszych elementów systemów Lidar opartych na FMCW jest modulator o wysokiej liniowości. Jego zasadę działania pokazano na poniższym rysunku: KorzystanieModulator DP-IQna podstawiemodulacja jednowstęgowa (SSB), górny i dolnyMZMpracuje w punkcie zerowym, w drodze i w dół pasma bocznego wc+wm i WC-WM, wm jest częstotliwością modulacji, ale jednocześnie dolny kanał wprowadza różnicę fazową 90 stopni i ostatecznie światło WC-WM zostaje anulowany, jedynie termin przesunięcia częstotliwości wc+wm. Na rysunku b niebieski LR to lokalny sygnał chirp FM, pomarańczowy RX to sygnał odbity, a ze względu na efekt Dopplera końcowy sygnał dudnienia wytwarza f1 i f2.

Odległość i prędkość to:

Poniżej znajduje się artykuł opublikowany przez Shanghai Jiaotong University w 2021 r., ptSSBgeneratory wdrażające FMCW w oparciu okrzemowe modulatory światła.

Wydajność MZM pokazano w następujący sposób: Różnica w wydajności modulatorów górnego i dolnego ramienia jest stosunkowo duża. Współczynnik odrzucenia pasma bocznego nośnej różni się w zależności od szybkości modulacji częstotliwości, a efekt będzie się pogarszał wraz ze wzrostem częstotliwości.

Na poniższym rysunku wyniki testów systemu Lidar pokazują, że a/b to sygnał dudnienia przy tej samej prędkości i w różnych odległościach, a c/d to sygnał dudnienia w tej samej odległości i przy różnych prędkościach. Wyniki testu osiągnęły 15 mm i 0,775 m/s.

Tutaj tylko zastosowanie silikonumodulator optycznydla FMCW jest omawiana. W rzeczywistości działanie krzemowego modulatora optycznego nie jest tak dobre, jak npModulator LiNO3, głównie dlatego, że w krzemowym modulatorze optycznym zmiana fazy/współczynnik absorpcji/pojemność złącza jest nieliniowa ze zmianą napięcia, jak pokazano na poniższym rysunku:

To jest,

Zależność mocy wyjściowejmodulatorsystem jest następujący
Rezultatem jest odstrojenie wysokiego rzędu:

Spowodują one poszerzenie sygnału o częstotliwości dudnienia i zmniejszenie stosunku sygnału do szumu. Jaki jest więc sposób na poprawę liniowości krzemowego modulatora światła? Tutaj omawiamy jedynie charakterystykę samego urządzenia i nie omawiamy schematu kompensacji przy użyciu innych konstrukcji pomocniczych.
Jedną z przyczyn nieliniowości fazy modulacji napięciem jest to, że pole świetlne w falowodzie ma inny rozkład parametrów ciężkich i lekkich, a szybkość zmiany fazy jest różna wraz ze zmianą napięcia. Jak pokazano na poniższym obrazku. Obszar zubożenia z silną interferencją zmienia się mniej niż w przypadku lekkiej interferencji.

Poniższy rysunek przedstawia krzywe zmian zniekształceń intermodulacyjnych trzeciego rzędu TID i zniekształceń harmonicznych drugiego rzędu SHD wraz ze stężeniem bałaganu, czyli częstotliwością modulacji. Można zauważyć, że zdolność tłumienia rozstrojenia w przypadku dużych zakłóceń jest większa niż w przypadku lekkich zakłóceń. Dlatego remiksowanie pomaga poprawić liniowość.

Powyższe jest równoznaczne z uwzględnieniem C w modelu RC MZM i należy również wziąć pod uwagę wpływ R. Poniżej znajduje się krzywa zmian CDR3 z rezystancją szeregową. Można zauważyć, że im mniejsza rezystancja szeregowa, tym większy CDR3.

Wreszcie, działanie modulatora krzemowego niekoniecznie jest gorsze niż działanie LiNbO3. Jak pokazano na poniższym rysunku, CDR3modulator krzemowybędzie wyższa niż LiNbO3 w przypadku pełnego obciążenia poprzez rozsądne zaprojektowanie struktury i długości modulatora. Warunki testowe pozostają niezmienne.

Podsumowując, konstrukcję konstrukcyjną krzemowego modulatora światła można jedynie złagodzić, a nie utwardzić, a czy rzeczywiście da się go zastosować w systemie FMCW wymaga weryfikacji eksperymentalnej, jeśli rzeczywiście tak jest, to można osiągnąć integrację z transiwerem, co ma zalety w celu redukcji kosztów na dużą skalę.