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: UtilizaciónModulador DP-IQbaseadoModulación de banda lateral única (SSB), superior e inferiorMZMtraballar en 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 a canle inferior introduce unha diferenza de fase de 90 graos e, finalmente, a luz de WC-WM cancelarase, só o termo de desprazamento de frecuencia de wc+wm. Na figura b, LR azul é o sinal de chirp FM local, RX laranxa 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 dos moduladores de brazo superior e inferior é relativamente grande. A relación de rexeitamento da banda lateral da portadora é diferente 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 batida á mesma velocidade e a diferentes distancias, e c/d é o sinal de batida 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 se discute. 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 seguinte figura:

É dicir,

A relación de potencia de saída domoduladorsistema é o seguinte
O resultado é unha desafinación de alto nivel:

Estes provocarán a ampliación do sinal de frecuencia de batida e a diminución da relación sinal-ruído. Entón, cal é a forma 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 para a non linealidade da fase de modulación coa tensión é que o campo de luz na guía de ondas está nunha distribución diferente de parámetros pesados ​​e lixeiros e a taxa de cambio de fase é diferente co cambio de tensión. Como se mostra na seguinte imaxe. A rexión de esgotamento con interferencias fortes cambia menos que a rexión con interferencias lixeiras.

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 desorde, é dicir, a frecuencia de modulación. Pódese ver que a capacidade de supresión da desafinación para desorde pesado é maior que para desorde leve. Polo tanto, a remeztura axuda a mellorar a linealidade.

O anterior equivale a considerar C no modelo RC de MZM, e tamén se debe considerar a influencia de R. A seguinte é a curva de cambio de CDR3 coa resistencia da serie. Pódese ver que canto menor sexa a resistencia da 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, CDR3 domodulador de silicioserá superior ao de LiNbO3 no caso de polarización total mediante un deseño razoable da estrutura e lonxitude do modulador. As condicións das probas seguen sendo consistentes.

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