Krzemowy modulator optyczny do FMCW

Krzemowy modulator optycznydla FMCW

Jak wszyscy wiemy, jednym z najważniejszych elementów systemów lidarowych opartych na technologii FMCW jest modulator o wysokiej liniowości. Jego zasada działania przedstawiona jest na poniższym rysunku:Modulator DP-IQna podstawiemodulacja jednowstęgowa (SSB), górny i dolnyMZMPracują w punkcie zerowym, na drodze i w dół pasma bocznego wc+wm i WC-WM. Wm to częstotliwość modulacji, ale jednocześnie kanał dolny wprowadza 90-stopniową różnicę fazową, a ostatecznie światło WC-WM zostaje zniesione, a jedynie składowa przesunięcia częstotliwości wc+wm. Na rysunku b, niebieski LR to lokalny sygnał ćwierkania FM, pomarańczowy RX to sygnał odbity, a ze względu na efekt Dopplera, końcowy sygnał dudnienia generuje f1 i f2.

Odległość i prędkość wynoszą:

Poniżej znajduje się artykuł opublikowany przez Uniwersytet Jiaotong w Szanghaju w 2021 r. na tematSSBgeneratory wdrażające FMCW na podstawiekrzemowe modulatory światła.

Wydajność MZM przedstawia się następująco: Różnica w wydajności modulatorów ramienia górnego i dolnego jest stosunkowo duża. Współczynnik tłumienia wstęgi bocznej nośnej różni się w zależności od częstotliwości modulacji, a efekt ten pogarsza się wraz ze wzrostem częstotliwości.

Na poniższym rysunku wyniki testów systemu lidarowego pokazują, że a/b to sygnał dudnień o tej samej prędkości i w różnych odległościach, a c/d to sygnał dudnień o tej samej odległości i z różnymi prędkościami. Wyniki testów osiągnęły 15 mm i 0,775 m/s.

Tutaj tylko zastosowanie krzemumodulator optycznyOmówiono FMCW. W rzeczywistości efekt krzemowego modulatora optycznego nie jest tak dobry, jakModulator LiNO3głównie dlatego, że w modulatorze optycznym krzemowym zmiana fazy/współczynnik absorpcji/pojemność złącza nie jest liniowa ze zmianą napięcia, jak pokazano na poniższym rysunku:

To jest,

Zależność mocy wyjściowejmodulatorsystem wygląda następująco
Rezultatem jest rozstrojenie wyższego rzędu:

Spowoduje to poszerzenie częstotliwości sygnału dudniącego i zmniejszenie stosunku sygnału do szumu. Jak zatem poprawić liniowość krzemowego modulatora światła? W tym artykule omówimy jedynie charakterystykę samego urządzenia, pomijając schemat kompensacji z wykorzystaniem innych struktur pomocniczych.
Jedną z przyczyn nieliniowości modulacji fazy z napięciem jest to, że pole światła w falowodzie charakteryzuje się różnym rozkładem parametrów ciężkich i lekkich, a szybkość zmiany fazy jest różna wraz ze zmianą napięcia. Jak pokazano na poniższym rysunku. Obszar zubożenia z silną interferencją zmienia się mniej niż obszar z interferencją światła.

Poniższy rysunek przedstawia krzywe zmian zniekształceń intermodulacyjnych trzeciego rzędu (TID) i zniekształceń harmonicznych drugiego rzędu (SHD) w zależności od koncentracji zakłóceń, czyli częstotliwości modulacji. Widać, że zdolność tłumienia rozstrojenia w przypadku dużego zakłócenia jest większa niż w przypadku niewielkiego. Zatem remiksowanie pomaga poprawić liniowość.

Powyższe jest równoważne z uwzględnieniem C w modelu RC układu MZM, a wpływ R również powinien zostać uwzględniony. Poniżej przedstawiono krzywą zmian CDR3 wraz z rezystancją szeregową. Widać, że im mniejsza rezystancja szeregowa, tym większy CDR3.

Na koniec, ale nie mniej ważne, efekt modulatora krzemowego niekoniecznie jest gorszy niż LiNbO3. Jak pokazano na poniższym rysunku, CDR3modulator krzemowybędzie wyższa niż w przypadku LiNbO3 w przypadku pełnego polaryzacji, dzięki rozsądnemu zaprojektowaniu konstrukcji i długości modulatora. Warunki testu pozostają niezmienne.

Podsumowując, wadę konstrukcji modulatora światła krzemowego można jedynie złagodzić, a nie naprawić. Konieczne jest eksperymentalne sprawdzenie, czy rzeczywiście można go stosować w systemie FMCW. Jeśli tak, możliwe będzie zintegrowanie nadajnika-odbiornika, co z kolei przełoży się na znaczną redukcję kosztów.