Кремниевый оптический модулятордля FMCW
Как всем известно, одним из важнейших компонентов в лидарных системах на основе FMCW является модулятор с высокой линейностью. Принцип его работы показан на следующем рисунке: ИспользованиеDP-IQ модулятороснованный наоднополосная модуляция (SSB)верхняя и нижняяМЗМРабота в нулевой точке, на дороге и в боковой полосе wc+wm и WC-WM, где wm — частота модуляции, но в то же время нижний канал вносит фазовый сдвиг на 90 градусов, и в конечном итоге свет WC-WM компенсируется, остается только частотный сдвиг wc+wm. На рисунке b синий LR — локальный ЧМ-сигнал с частотной модуляцией, оранжевый RX — отраженный сигнал, и из-за эффекта Доплера в конечном сигнале биений образуются f1 и f2.
Расстояние и скорость:
Ниже приведена статья, опубликованная Шанхайским университетом Цзяотун в 2021 году, о...ССБгенераторы, реализующие FMCW на основекремниевые модуляторы света.
Характеристики модулятора Маха-Цендера (MZM) показаны следующим образом: разница в характеристиках модуляторов верхнего и нижнего плеча относительно велика. Коэффициент подавления боковой полосы несущей различен в зависимости от частоты модуляции, и этот эффект ухудшается с увеличением частоты.
На следующем рисунке показаны результаты испытаний лидарной системы, где a/b — биения сигнала при одинаковой скорости и на разных расстояниях, а c/d — биения сигнала при одинаковом расстоянии и на разных скоростях. Результаты испытаний достигли значений 15 мм и 0,775 м/с.
Здесь рассматривается только применение кремния.оптический модуляторОбсуждается эффект FMCW. В действительности эффект кремниевого оптического модулятора не так хорош, как у...модулятор LiNO3В основном потому, что в кремниевом оптическом модуляторе изменение фазы/коэффициент поглощения/емкость перехода нелинейно зависят от изменения напряжения, как показано на рисунке ниже:
То есть,
Зависимость выходной мощности от мощностимодуляторСистема выглядит следующим образом.
В результате возникает расстройка высокого порядка:
Это приведет к расширению сигнала биений и снижению отношения сигнал/шум. Итак, как же улучшить линейность кремниевого светового модулятора? Здесь мы обсудим только характеристики самого устройства и не будем рассматривать схему компенсации с использованием других вспомогательных структур.
Одной из причин нелинейности фазы модуляции по отношению к напряжению является то, что световое поле в волноводе имеет различное распределение тяжелых и легких параметров, и скорость изменения фазы различна при изменении напряжения. Как показано на следующем рисунке, область истощения при сильной интерференции изменяется меньше, чем при легкой интерференции.
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 к подавлению расстройки при сильных помехах выше, чем при слабых. Следовательно, ремикширование способствует улучшению линейности.
Вышеизложенное эквивалентно учету 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 эффект LiNbO3. Как показано на рисунке ниже, CDR3кремниевый модуляторПри полном смещении значение будет выше, чем у LiNbO3, благодаря разумному проектированию структуры и длины модулятора. Условия тестирования остаются неизменными.
В заключение, структурные недостатки кремниевого модулятора света можно лишь смягчить, но не устранить полностью, и для подтверждения возможности его использования в системе FMCW необходимы экспериментальные исследования. Если это действительно возможно, то можно будет интегрировать приемопередатчик, что обеспечит преимущества в плане значительного снижения затрат.
Дата публикации: 18 марта 2024 г.