Modulador òptic de siliciper a FMCW
Com tots sabem, un dels components més importants dels sistemes Lidar basats en FMCW és el modulador d'alta linealitat. El seu principi de funcionament es mostra a la figura següent: ÚsModulador DP-IQbasatmodulació de banda lateral única (SSB), la part superior i la inferiorMZMtreballant al punt nul, a la carretera i avall de la banda lateral de wc+wm i WC-WM, wm és la freqüència de modulació, però alhora el canal inferior introdueix una diferència de fase de 90 graus, i finalment la llum de WC-WM es cancel·la, només el terme de desplaçament de freqüència de wc+wm. A la Figura b, el blau LR és el senyal de xirp FM local, el taronja RX és el senyal reflectit, i a causa de l'efecte Doppler, el senyal de batec final produeix f1 i f2.
La distància i la velocitat són:
El següent és un article publicat per la Universitat Jiaotong de Xangai el 2021, sobreSSBgeneradors que implementen FMCW basats enmoduladors de llum de silici.
El rendiment de MZM es mostra de la següent manera: La diferència de rendiment dels moduladors del braç superior i inferior és relativament gran. La relació de rebuig de la banda lateral de la portadora és diferent amb la taxa de modulació de freqüència, i l'efecte empitjorarà a mesura que augmenta la freqüència.
A la figura següent, els resultats de les proves del sistema Lidar mostren que a/b és el senyal de pulsació a la mateixa velocitat i a diferents distàncies, i c/d és el senyal de pulsació a la mateixa distància i a diferents velocitats. Els resultats de les proves van assolir 15 mm i 0,775 m/s.
Aquí, només l'aplicació de silicimodulador òpticper a FMCW es discuteix. En realitat, l'efecte del modulador òptic de silici no és tan bo com el deModulador de LiNO3, principalment perquè en el modulador òptic de silici, el canvi de fase/coeficient d'absorció/capacitància de junció no és lineal amb el canvi de voltatge, com es mostra a la figura següent:
És a dir,
La relació de potència de sortida de lamoduladorel sistema és el següent
El resultat és una desafinació d'ordre alt:
Això provocarà l'eixamplament del senyal de freqüència de batec i la disminució de la relació senyal-soroll. Aleshores, quina és la manera de millorar la linealitat del modulador de llum de silici? Aquí només discutim les característiques del dispositiu en si i no discutim l'esquema de compensació mitjançant altres estructures auxiliars.
Una de les raons de la no linealitat de la fase de modulació amb el voltatge és que el camp de llum a la guia d'ones té una distribució diferent dels paràmetres pesats i lleugers, i la taxa de canvi de fase és diferent amb el canvi de voltatge. Com es mostra a la imatge següent. La regió d'esgotament amb interferències fortes canvia menys que la que té interferències de llum.
La figura següent mostra les corbes de canvi de la distorsió d'intermodulació de tercer ordre TID i la distorsió harmònica de segon ordre SHD amb la concentració del desordre, és a dir, la freqüència de modulació. Es pot veure que la capacitat de supressió de la desafinació per a desordre intens és més alta que per a desordre lleuger. Per tant, la remescla ajuda a millorar la linealitat.
L'anterior és equivalent a considerar C en el model RC de MZM, i també s'ha de tenir en compte la influència de R. A continuació es mostra la corba de canvi de CDR3 amb la resistència en sèrie. Es pot veure que com més petita sigui la resistència en sèrie, més gran serà el CDR3.
Finalment, l'efecte del modulador de silici no és necessàriament pitjor que el del LiNbO3. Com es mostra a la figura següent, el CDR3 delmodulador de siliciserà superior al de LiNbO3 en el cas de polarització completa mitjançant un disseny raonable de l'estructura i la longitud del modulador. Les condicions de prova es mantenen consistents.
En resum, el disseny estructural del modulador de llum de silici només es pot mitigar, no curar, i si realment es pot utilitzar en el sistema FMCW necessita una verificació experimental; si realment es pot, aleshores pot aconseguir la integració del transceptor, cosa que té avantatges per a la reducció de costos a gran escala.
Data de publicació: 18 de març de 2024