Krzemowy modulator optyczny do FMCW

Modulator optyczny krzemowydla FMCW

Jak wszyscy wiemy, jednym z najważniejszych komponentów systemów Lidar opartych na FMCW jest modulator o wysokiej liniowości. Jego zasada działania jest pokazana na poniższym rysunku: UżywającModulator DP-IQna podstawiemodulacja jednowstęgowa (SSB), górny i dolnyMZMpraca w punkcie zerowym, na drodze i w dół pasma bocznego wc+wm i WC-WM, wm jest częstotliwością modulacji, ale w tym samym czasie dolny kanał wprowadza różnicę fazową 90 stopni, a na końcu światło WC-WM jest anulowane, tylko termin przesunięcia częstotliwości wc+wm. Na rysunku b, LR niebieski jest lokalnym sygnałem ćwierkania FM, RX pomarańczowy jest sygnałem odbitym, a ze względu na efekt Dopplera, ostateczny sygnał dudnienia wytwarza f1 i f2.

Odległość i prędkość wynoszą:

Poniżej znajduje się artykuł opublikowany przez Uniwersytet Jiaotong w Szanghaju w 2021 r. na tematSSBgeneratory, które implementują FMCW na podstawiemodulatory światła krzemowe.

Wydajność MZM jest pokazana następująco: Różnica w wydajności modulatorów górnego i dolnego ramienia jest stosunkowo duża. Współczynnik tłumienia pasma bocznego nośnej jest różny 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 uderzeń przy tej samej prędkości i w różnych odległościach, a c/d to sygnał uderzeń przy tej samej odległości i przy różnych prędkościach. Wyniki testów osiągnęły 15 mm i 0,775 m/s.

Tutaj tylko zastosowanie krzemumodulator optycznydla FMCW jest omawiane. W rzeczywistości efekt krzemowego modulatora optycznego nie jest tak dobry jakModulator LiNO3, głównie 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 sygnału częstotliwości uderzeń i zmniejszenie stosunku sygnału do szumu. Jaki jest więc sposób na poprawę liniowości krzemowego modulatora światła? Tutaj omawiamy tylko charakterystykę samego urządzenia i nie omawiamy schematu kompensacji przy użyciu innych pomocniczych struktur.
Jednym z powodów nieliniowości fazy modulacji z napięciem jest to, że pole światła w falowodzie ma różny rozkład 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.

Na poniższym rysunku przedstawiono krzywe zmian zniekształcenia intermodulacyjnego trzeciego rzędu TID i zniekształcenia harmonicznego drugiego rzędu SHD z koncentracją bałaganu, czyli częstotliwością modulacji. Można zauważyć, że zdolność tłumienia rozstrojenia dla dużego bałaganu jest wyższa niż dla lekkiego bałaganu. Dlatego remiksowanie pomaga poprawić liniowość.

Powyższe jest równoważne rozważeniu C w modelu RC MZM, a wpływ R również powinien być brany pod uwagę. Poniżej przedstawiono krzywą zmian CDR3 z rezystancją szeregową. Można zauważyć, że im mniejsza rezystancja szeregowa, tym większy CDR3.

Na koniec, ale nie mniej ważne, efekt modulatora krzemowego nie jest koniecznie gorszy niż LiNbO3. Jak pokazano na poniższym rysunku, CDR3modulator krzemowybędzie wyższa niż w przypadku LiNbO3 w przypadku pełnego odchylenia dzięki rozsądnemu projektowi struktury i długości modulatora. Warunki testu pozostają spójne.

Podsumowując, wadę konstrukcji modulatora światła krzemowego można jedynie poprawić, a nie naprawić. Aby ustalić, czy można go rzeczywiście wykorzystać w systemie FMCW, konieczne jest przeprowadzenie eksperymentalnej weryfikacji. Jeśli tak, możliwe będzie zintegrowanie nadajnika-odbiornika, co przełoży się na znaczną redukcję kosztów.