Кремниевый оптический модулятордля FMCW
Как мы все знаем, одним из наиболее важных компонентов лидарных систем на основе FMCW является модулятор с высокой линейностью. Принцип его работы показан на следующем рисунке: ИспользованиеМодулятор DP-IQоснованный наоднополосная модуляция (SSB), верхняя и нижняяМЗМработать в нулевой точке, на дороге и по боковой полосе wc+wm и WC-WM, wm — частота модуляции, но в то же время нижний канал вносит разность фаз 90 градусов и, наконец, свет WC-WM отменяется только член частотного сдвига wc+wm. На рисунке b синий LR — это локальный ЛЧМ-сигнал, оранжевый RX — отраженный сигнал, а из-за эффекта Доплера конечный сигнал биения создает f1 и f2.
Расстояние и скорость:
Ниже приводится статья, опубликованная Шанхайским университетом Цзяотун в 2021 году, оССБгенераторы, реализующие FMCW на основекремниевые модуляторы света.
Производительность MZM показана следующим образом: Разница в производительности модуляторов верхнего и нижнего рычага относительно велика. Коэффициент подавления боковой полосы несущей различается в зависимости от скорости частотной модуляции, и эффект будет ухудшаться по мере увеличения частоты.
На следующем рисунке результаты испытаний лидарной системы показывают, что a/b — это сигнал биений на одной и той же скорости и на разных расстояниях, а c/d — это сигнал биений на одном и том же расстоянии и на разных скоростях. Результаты испытаний достигли 15 мм и 0,775 м/с.
Здесь только применение кремнияоптический модулятордля FMCW обсуждается. В действительности эффект кремниевого оптического модулятора не так хорош, как эффект от кремниевого оптического модулятора.Модулятор LiNO3, главным образом потому, что в кремниевом оптическом модуляторе изменение фазы/коэффициент поглощения/емкость перехода нелинейно зависит от изменения напряжения, как показано на рисунке ниже:
То есть,
Отношение выходной мощностимодуляторсистема следующая
Результатом является расстройка высокого порядка:
Это приведет к расширению сигнала частоты биений и уменьшению отношения сигнал/шум. Так как же улучшить линейность кремниевого модулятора света? Здесь мы обсуждаем только характеристики самого устройства и не обсуждаем схему компенсации с использованием других вспомогательных конструкций.
Одной из причин нелинейности модуляции фазы с напряжением является то, что световое поле в волноводе находится в различном распределении тяжелых и легких параметров и скорость изменения фазы различна при изменении напряжения. Как показано на следующем рисунке. Область обеднения при сильных помехах изменяется меньше, чем при легких помехах.
На следующем рисунке показаны кривые изменения интермодуляционных искажений третьего порядка TID и гармонических искажений второго порядка SHD в зависимости от концентрации помех, то есть частоты модуляции. Видно, что подавляющая способность расстройки при сильных помехах выше, чем при слабых помехах. Таким образом, ремикс помогает улучшить линейность.
Вышеизложенное эквивалентно рассмотрению C в RC-модели MZM, также следует учитывать влияние R. Ниже приведена кривая изменения CDR3 с последовательным сопротивлением. Видно, что чем меньше последовательное сопротивление, тем больше CDR3.
И последнее, но не менее важное: эффект кремниевого модулятора не обязательно хуже, чем у LiNbO3. Как показано на рисунке ниже, CDR3кремниевый модуляторбудет выше, чем у LiNbO3 в случае полного смещения за счет разумного выбора структуры и длины модулятора. Условия испытаний остаются неизменными.
Таким образом, структурную конструкцию кремниевого модулятора света можно только смягчить, а не вылечить, и возможность его действительного использования в системе FMCW требует экспериментальной проверки, если это действительно возможно, то можно добиться интеграции приемопередатчика, что имеет преимущества. для масштабного снижения издержек.
Время публикации: 18 марта 2024 г.