Modulador óptico de silicio para FMCW

Modulador óptico de siliciopara FMCW

Como todos sabemos, un dos compoñentes máis importantes dos sistemas Lidar baseados en FMCW é o modulador de alta linealidade. O seu principio de funcionamento móstrase na seguinte figura: UsandoModulador DP-IQbaseadomodulación de banda lateral única (SSB), superior e inferiorMZMfunciona no punto nulo, na estrada e abaixo na banda lateral de wc+wm e WC-WM, wm é a frecuencia de modulación, pero ao mesmo tempo o canal inferior introduce unha diferenza de fase de 90 graos e, finalmente, a luz de WC-WM é cancelada, só o termo de cambio de frecuencia de wc+wm. Na Figura b, o azul LR é o sinal de chirrido FM local, o laranxa RX é o sinal reflectido e, debido ao efecto Doppler, o sinal de batido final produce f1 e f2.

A distancia e a velocidade son:

O seguinte é un artigo publicado pola Universidade Jiaotong de Shanghai en 2021, sobreSSBxeradores que implementan FMCW baseados enmoduladores de luz de silicio.

O rendemento de MZM móstrase do seguinte xeito: a diferenza de rendemento entre os moduladores do brazo superior e inferior é relativamente grande. A relación de rexeitamento da banda lateral da portadora varía coa taxa de modulación de frecuencia e o efecto empeorará a medida que aumente a frecuencia.

Na seguinte figura, os resultados das probas do sistema Lidar mostran que a/b é o sinal de latexo á mesma velocidade e a diferentes distancias, e c/d é o sinal de latexo á mesma distancia e a diferentes velocidades. Os resultados das probas alcanzaron 15 mm e 0,775 m/s.

Aquí, só a aplicación de siliciomodulador ópticopara FMCW discútese. En realidade, o efecto do modulador óptico de silicio non é tan bo como o deModulador de LiNO3, principalmente porque no modulador óptico de silicio, o cambio de fase/coeficiente de absorción/capacitancia de unión non é lineal co cambio de tensión, como se mostra na figura seguinte:

É dicir,

A relación de potencia de saída domoduladoro sistema é o seguinte
O resultado é unha desafinación de orde superior:

Isto provocará o ensanche do sinal de frecuencia de batido e a diminución da relación sinal-ruído. Entón, cal é a maneira de mellorar a linealidade do modulador de luz de silicio? Aquí só discutimos as características do propio dispositivo e non discutimos o esquema de compensación usando outras estruturas auxiliares.
Unha das razóns da non linealidade da fase de modulación coa voltaxe é que o campo de luz na guía de ondas ten unha distribución diferente dos parámetros pesados ​​e lixeiros, e a taxa de cambio de fase é diferente co cambio de voltaxe. Como se mostra na seguinte imaxe. A rexión de esgotamento con interferencia forte cambia menos que a que ten interferencia de luz.

A seguinte figura mostra as curvas de cambio da distorsión de intermodulación de terceira orde TID e da distorsión harmónica de segunda orde SHD coa concentración do ruído, é dicir, a frecuencia de modulación. Pódese observar que a capacidade de supresión da desafinación para o ruído pesado é maior que a do ruído lixeiro. Polo tanto, a remezcla axuda a mellorar a linealidade.

O anterior é equivalente a considerar C no modelo RC de MZM, e tamén se debe ter en conta a influencia de R. A seguinte é a curva de cambio de CDR3 coa resistencia en serie. Pódese observar que canto menor sexa a resistencia en serie, maior será o CDR3.

Por último, pero non menos importante, o efecto do modulador de silicio non é necesariamente peor que o do LiNbO3. Como se mostra na figura seguinte, o CDR3 domodulador de silicioserá maior que a de LiNbO3 no caso de polarización total mediante un deseño razoable da estrutura e lonxitude do modulador. As condicións de proba permanecen consistentes.

En resumo, o deseño estrutural do modulador de luz de silicio só se pode mitigar, non curar, e se realmente se pode usar no sistema FMCW necesita verificación experimental; se realmente se pode, entón pode lograr a integración do transceptor, o que ten vantaxes para a redución de custos a grande escala.