Кремниевый оптический модулятордля FMCW
Как мы все знаем, одним из важнейших компонентов лидарных систем на основе FMCW является высоколинейный модулятор. Принцип его работы показан на следующем рисунке:Модулятор DP-IQоснованный наоднополосная модуляция (SSB), верхний и нижнийМЗМРабота в нулевой точке, на дороге и в боковой полосе wc+wm и WC-WM, wm — это частота модуляции, но в то же время нижний канал вносит разность фаз 90 градусов, и, наконец, свет WC-WM нейтрализуется, остаётся только смещение частоты wc+wm. На рисунке b синий LR — это локальный ЧМ-сигнал, оранжевый RX — это отражённый сигнал, и благодаря эффекту Доплера конечный сигнал биений формирует f1 и f2.
Расстояние и скорость:
Ниже приведена статья, опубликованная Шанхайским университетом Цзяотун в 2021 году, оССБгенераторы, которые реализуют FMCW на основекремниевые модуляторы света.
Характеристики MZM представлены ниже: разница в характеристиках модуляторов верхнего и нижнего плеч относительно велика. Коэффициент подавления боковой полосы несущей зависит от частоты модуляции, и этот эффект усиливается с ростом частоты.
На следующем рисунке представлены результаты испытаний лидарной системы: a/b — сигнал биений на одной и той же скорости, но на разных расстояниях, а c/d — сигнал биений на одном и том же расстоянии, но на разных скоростях. Результаты испытаний составили 15 мм и 0,775 м/с.
Здесь только применение кремнияоптический модуляторОбсуждается FMCW. В действительности, эффект кремниевого оптического модулятора не так хорош, какмодулятор LiNO3, главным образом потому, что в кремниевом оптическом модуляторе изменение фазы/коэффициент поглощения/емкость перехода нелинейно зависят от изменения напряжения, как показано на рисунке ниже:
То есть,
Соотношение выходной мощностимодуляторсистема выглядит следующим образом
Результатом является расстройка высокого порядка:
Это приведет к уширению сигнала частоты биений и снижению отношения сигнал/шум. Как же улучшить линейность кремниевого модулятора света? Здесь мы обсудим только характеристики самого устройства и не будем рассматривать схему компенсации с использованием других вспомогательных структур.
Одна из причин нелинейности фазы модуляции с напряжением заключается в том, что световое поле в волноводе имеет различное распределение тяжёлых и лёгких параметров, а скорость изменения фазы различается при изменении напряжения. Как показано на следующем рисунке. Область обеднения с сильной интерференцией изменяется меньше, чем область обеднения с лёгкой интерференцией.
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 способность расстройки подавлять сильные помехи выше, чем слабые. Следовательно, ремиксирование способствует улучшению линейности.
Вышесказанное эквивалентно учёту C в RC-модели MZM, и следует также учитывать влияние R. Ниже представлена кривая изменения CDR3 в зависимости от последовательного сопротивления. Видно, что чем меньше последовательное сопротивление, тем больше CDR3.
И наконец, что не менее важно, эффект кремниевого модулятора не обязательно хуже, чем у LiNbO3. Как показано на рисунке ниже, CDR3кремниевый модуляторбудет выше, чем у LiNbO3 при полном смещении за счёт разумного проектирования структуры и длины модулятора. Условия испытаний остаются неизменными.
Подводя итог, можно сказать, что структурную конструкцию кремниевого модулятора света можно только смягчить, но не вылечить, и вопрос о том, действительно ли его можно использовать в системе FMCW, требует экспериментальной проверки. Если это действительно возможно, то можно добиться интеграции приемопередатчика, что имеет преимущества для крупномасштабного снижения затрат.
Время публикации: 18 марта 2024 г.