Кремнієвий оптичний модулятордля FMCW
Як ми всі знаємо, одним із найважливіших компонентів систем Lidar на основі FMCW є високолінійний модулятор. Його принцип роботи показано на наступному малюнку: ВикористанняDP-IQ модуляторна основіодносмугова модуляція (SSB), верхній і нижнійМЗМробота в нульовій точці, на дорозі та вниз по бічній смузі wc+wm і WC-WM, wm — це частота модуляції, але в той же час нижній канал вводить різницю фаз на 90 градусів, і, нарешті, світло WC-WM скасовується, лише член частотного зсуву wc+wm. На малюнку b синій LR — це місцевий FM-сигнал, помаранчевий RX — відбитий сигнал, а через ефект Доплера кінцевий сигнал биття створює f1 і f2.
Відстань і швидкість:
Нижче наведено статтю, опубліковану Шанхайським університетом Цзяотун у 2021 році проSSBгенератори, які реалізують FMCW на основікремнієві модулятори світла.
Продуктивність MZM показана наступним чином: Різниця в продуктивності модуляторів верхнього та нижнього плеча відносно велика. Коефіцієнт відхилення бічної смуги несучої залежить від швидкості частотної модуляції, і ефект погіршуватиметься зі збільшенням частоти.
На наступному малюнку результати тестування системи Lidar показують, що a/b — це сигнал биття на однаковій швидкості та на різних відстанях, а c/d — це сигнал биття на тій самій відстані та на різних швидкостях. Результати тестування досягли 15 мм і 0,775 м/с.
Тут лише застосування кремніюоптичний модулятордля FMCW обговорюється. Насправді ефект кремнієвого оптичного модулятора не такий хороший, як ефект відМодулятор LiNO3головним чином тому, що в кремнієвому оптичному модуляторі зміна фази/коефіцієнт поглинання/ємність переходу є нелінійною залежно від зміни напруги, як показано на малюнку нижче:
тобто
Співвідношення вихідної потужностімодуляторсистема полягає в наступному
Результатом є розбудова високого порядку:
Це призведе до розширення сигналу частоти биття та зменшення відношення сигнал/шум. Отже, який спосіб покращити лінійність кремнієвого модулятора світла? Тут ми обговорюємо лише характеристики самого пристрою, а не обговорюємо схему компенсації за допомогою інших допоміжних структур.
Однією з причин нелінійності фази модуляції з напругою є те, що світлове поле у хвилеводі має різний розподіл важких і легких параметрів і швидкість зміни фази різна зі зміною напруги. Як показано на наступному малюнку. Область виснаження з сильною інтерференцією змінюється менше, ніж з легкою інтерференцією.
На наступному малюнку показано криві зміни інтермодуляційних спотворень третього порядку TID і гармонійних спотворень другого порядку SHD з концентрацією перешкод, тобто частотою модуляції. Можна побачити, що здатність придушення розстроювання для сильних перешкод вище, ніж для легких перешкод. Тому реміксування допомагає покращити лінійність.
Вищезазначене еквівалентно розгляду C у RC-моделі MZM, і слід також враховувати вплив R. Нижче наведена крива зміни CDR3 із послідовним опором. Можна побачити, що чим менше послідовний опір, тим більше CDR3.
І останнє, але не менш важливе: ефект кремнієвого модулятора не обов’язково гірший, ніж у LiNbO3. Як показано на малюнку нижче, CDR3 зкремнієвий модуляторбуде вищим, ніж у LiNbO3 у разі повного зміщення завдяки розумній конструкції структури та довжини модулятора. Умови тестування залишаються незмінними.
Таким чином, структурну конструкцію кремнієвого модулятора світла можна лише пом’якшити, а не вилікувати, і чи дійсно його можна використовувати в системі FMCW, потребує експериментальної перевірки, якщо це дійсно можливо, тоді він може досягти інтеграції трансивера, що має переваги для масштабного скорочення витрат.
Час публікації: 18 березня 2024 р