Silicium optisk modulatortil FMCW
Som vi alle ved, er en af de vigtigste komponenter i FMCW-baserede Lidar-systemer højlinearitetsmodulatoren. Dens arbejdsprincip er vist i følgende figur: Brug afDP-IQ-modulatorbaseretenkelt sidebåndsmodulation (SSB), den øvre og nedreMZMarbejde ved nulpunktet, på vejen og ned ad sidebåndet for wc+wm og WC-WM, hvor wm er modulationsfrekvensen, men samtidig introducerer den nederste kanal en faseforskel på 90 grader, og til sidst udlignes lyset fra WC-WM, kun frekvensforskydningstermen for wc+wm. I figur b er LR blå det lokale FM-chirp-signal, RX orange er det reflekterede signal, og på grund af Doppler-effekten producerer det endelige beat-signal f1 og f2.
Distancen og hastigheden er:
Følgende er en artikel udgivet af Shanghai Jiaotong University i 2021, omSSBgeneratorer, der implementerer FMCW baseret påsilicium lysmodulatorer.
MZM's ydeevne er vist som følger: Ydeevneforskellen mellem øvre og nedre arms modulatorer er relativt stor. Bærebølgens sidebåndsafvisningsforhold varierer med frekvensmodulationshastigheden, og effekten vil blive værre, efterhånden som frekvensen stiger.
I den følgende figur viser testresultaterne fra Lidar-systemet, at a/b er taktsignalet ved samme hastighed og i forskellige afstande, og c/d er taktsignalet ved samme afstand og i forskellige hastigheder. Testresultaterne nåede 15 mm og 0,775 m/s.
Her er det kun anvendelsen af siliciumoptisk modulatorfor FMCW diskuteres. I virkeligheden er effekten af en siliciumoptisk modulator ikke så god som den afLiNO3-modulator, primært fordi faseændringen/absorptionskoefficienten/forbindelseskapacitansen i en siliciumoptisk modulator ikke er lineær med spændingsændringen, som vist i figuren nedenfor:
Det vil sige,
Forholdet mellem udgangseffekten ogmodulatorsystemet er som følger
Resultatet er en højordens afstemning:
Disse vil forårsage en udvidelse af taktfrekvenssignalet og et fald i signal-støj-forholdet. Så hvad er måden at forbedre lineariteten af siliciumlysmodulatoren på? Her diskuterer vi kun selve enhedens egenskaber og diskuterer ikke kompensationsskemaet ved hjælp af andre hjælpestrukturer.
En af grundene til den ikke-linearitet af modulationsfasen med spænding er, at lysfeltet i bølgelederen har forskellig fordeling af tunge og lette parametre, og faseændringshastigheden er forskellig med spændingsændringen. Som vist på følgende billede ændrer udtømningsområdet med kraftig interferens sig mindre end med let interferens.
Den følgende figur viser ændringskurverne for tredjeordens intermodulationsforvrængning TID og andenordens harmonisk forvrængning SHD med koncentrationen af støj, det vil sige modulationsfrekvensen. Det kan ses, at undertrykkelsesevnen af detuning for kraftig støj er højere end for let støj. Derfor hjælper remixing med at forbedre lineariteten.
Ovenstående svarer til at betragte C i RC-modellen af MZM, og indflydelsen af R bør også tages i betragtning. Følgende er ændringskurven for CDR3 med seriemodstanden. Det kan ses, at jo mindre seriemodstanden er, desto større er CDR3.
Sidst men ikke mindst er effekten af siliciummodulatoren ikke nødvendigvis værre end effekten af LiNbO3. Som vist på figuren nedenfor er CDR3 afsiliciummodulatorvil være højere end LiNbO3's i tilfælde af fuld bias gennem rimeligt design af modulatorens struktur og længde. Testbetingelserne forbliver ensartede.
Kort sagt kan siliciumlysmodulatorens strukturelle design kun afbødes, ikke afhjælpes, og om den virkelig kan bruges i FMCW-systemet, kræver eksperimentel verifikation. Hvis det virkelig kan, så kan den opnå transceiverintegration, hvilket har fordele for omkostningsreduktion i stor skala.
Opslagstidspunkt: 18. marts 2024