Кремниевый оптический модулятордля FMCW
Как мы все знаем, одним из важнейших компонентов в системах лидаров на основе FMCW является высоколинейный модулятор. Принцип его работы показан на следующем рисунке: ИспользованиеМодулятор DP-IQоснованный наоднополосная модуляция (SSB), верхний и нижнийМЗМработа в нулевой точке, на дороге и вниз по 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 отменяется, остается только член сдвига частоты wc+wm. На рисунке b синий LR - это локальный сигнал ЧМ-ЧМ, оранжевый RX - это отраженный сигнал, и из-за эффекта Доплера окончательный сигнал биений создает f1 и f2.
Расстояние и скорость:
Ниже приведена 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 плеча относительно велика. Коэффициент подавления боковой полосы несущей отличается в зависимости от частоты модуляции, и эффект будет ухудшаться по мере увеличения частоты.
На следующем рисунке результаты испытаний системы Lidar показывают, что a/b — это сигнал биения на той же скорости и на разных расстояниях, а c/d — это сигнал биения на 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 умодулятор LiNO3, в основном потому, что в кремниевом оптическом модуляторе изменение фазы/коэффициент поглощения/емкость перехода нелинейны с изменением напряжения, как показано на рисунке ниже:
То есть,
Соотношение выходной мощностимодуляторсистема выглядит следующим образом
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 структур.
Одной из причин нелинейности фазы модуляции с напряжением является то, что световое поле в волноводе находится в различном распределении тяжелых и легких параметров, а скорость изменения фазы различна с изменением напряжения. Как показано на следующем рисунке. Область обеднения с тяжелыми помехами изменяется меньше, чем с легкими помехами.
На следующем рисунке показаны кривые изменения интермодуляционных искажений третьего порядка TID и гармонических искажений второго порядка SHD с концентрацией помех, то есть частотой модуляции. Видно, что подавляющая способность расстройки для сильных помех выше, чем для легких помех. Поэтому ремикширование помогает улучшить линейность.
Вышеизложенное эквивалентно рассмотрению C в RC-модели MZM, и влияние R также следует учитывать. Ниже представлена 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 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, можно ли его действительно 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.