Кремнієвий оптичний модулятордля FMCW
Як усім відомо, одним із найважливіших компонентів лідарних систем на основі FMCW є високолінійний модулятор. Його принцип роботи показано на наступному рисунку: ВикористанняМодулятор DP-IQзаснованийодносмугова модуляція (SSB), верхній та нижнійМЗМПрацюючи в нульовій точці, на дорозі та вниз по бічній смузі wc+wm та WC-WM, wm – це частота модуляції, але водночас нижній канал вводить різницю фаз 90 градусів, і, нарешті, світло WC-WM компенсується, залишаючись лише членом зсуву частоти wc+wm. На рисунку b, синій LR – це локальний FM-сигнал чирпу, помаранчевий RX – це відбитий сигнал, і завдяки ефекту Доплера, кінцевий сигнал биття створює f1 та f2.
Відстань і швидкість:
Нижче наведено статтю, опубліковану Шанхайським університетом Цзяотун у 2021 році, проSSBгенератори, що реалізують FMCW на основікремнієві модулятори світла.
Продуктивність MZM показано наступним чином: Різниця в продуктивності модуляторів верхнього та нижнього плеча є відносно великою. Коефіцієнт придушення бічної смуги несучої залежить від швидкості частотної модуляції, і ефект погіршується зі збільшенням частоти.
На наступному рисунку результати випробувань системи Lidar показують, що a/b – це сигнал биття на тій самій швидкості та на різних відстанях, а c/d – це сигнал биття на тій самій відстані та на різних швидкостях. Результати випробувань досягли 15 мм та 0,775 м/с.
Тут лише застосування кремніюоптичний модулятордля FMCW обговорюється. Насправді, ефект кремнієвого оптичного модулятора не такий хороший, як уМодулятор LiNO3, головним чином тому, що в кремнієвому оптичному модуляторі зміна фази/коефіцієнт поглинання/ємність переходу нелінійна зі зміною напруги, як показано на рисунку нижче:
Тобто,
Співвідношення вихідної потужностімодуляторсистема виглядає наступним чином
Результатом є розлад високого порядку:
Це призведе до розширення сигналу частоти биття та зменшення співвідношення сигнал/шум. Тож як покращити лінійність кремнієвого модулятора світла? Тут ми обговорюємо лише характеристики самого пристрою, а не схему компенсації з використанням інших допоміжних структур.
Одна з причин нелінійності модуляції фази з напругою полягає в тому, що світлове поле в хвилеводі має різний розподіл важких і легких параметрів, а швидкість зміни фази відрізняється зі зміною напруги. Як показано на наступному малюнку. Область збіднення при сильних перешкодах змінюється менше, ніж при легких перешкодах.
На наступному рисунку показано криві зміни інтермодуляційних спотворень третього порядку TID та гармонійних спотворень другого порядку SHD залежно від концентрації перешкод, тобто частоти модуляції. Видно, що здатність розстроювання до придушення сильних перешкод вища, ніж для легких. Тому реміксування допомагає покращити лінійність.
Вищезазначене еквівалентно розгляду C в RC-моделі MZM, а також слід враховувати вплив R. Нижче наведено криву зміни CDR3 з послідовним опором. Видно, що чим менший послідовний опір, тим більший CDR3.
І останнє, але не менш важливе: ефект кремнієвого модулятора не обов'язково гірший, ніж у LiNbO3. Як показано на рисунку нижче, CDR3кремнієвий модуляторбуде вищим, ніж у LiNbO3 у випадку повного зміщення завдяки розумному проекту структури та довжини модулятора. Умови випробувань залишаються незмінними.
Підсумовуючи, структурну конструкцію кремнієвого світлового модулятора можна лише пом'якшити, а не вилікувати, і чи дійсно його можна використовувати в системі FMCW, потребує експериментальної перевірки. Якщо це дійсно можливо, то можна досягти інтеграції приймача-передавача, що має переваги для масштабного зниження витрат.
Час публікації: 18 березня 2024 р.