Силициев оптичен модулаторза FMCW
Както всички знаем, един от най-важните компоненти в FMCW-базираните лидарни системи е високолинейният модулатор. Принципът му на работа е показан на следната фигура: ИзползванеDP-IQ модулаторбазиранмодулация с единична странична лента (SSB), горната и долнатаМЗМРабота в нулева точка, на пътя и надолу по страничната лента на wc+wm и WC-WM, wm е модулационната честота, но в същото време долният канал въвежда фазова разлика от 90 градуса и накрая светлината на WC-WM се елиминира, като се получава само членът на честотното изместване на wc+wm. На Фигура b, LR синият е локалният FM чирп сигнал, RX оранжевият е отразеният сигнал и поради ефекта на Доплер, крайният бийт сигнал произвежда f1 и f2.
Разстоянието и скоростта са:
Следва статия, публикувана от Шанхайския университет Джиаотун през 2021 г., относноSSBгенератори, които внедряват FMCW въз основа насилициеви светлинни модулатори.
Производителността на MZM е показана, както следва: Разликата в производителността на модулаторите с горно и долно рамо е относително голяма. Коефициентът на потискане на страничната лента на носещата е различен в зависимост от скоростта на честотната модулация и ефектът ще се влоши с увеличаване на честотата.
На следващата фигура резултатите от теста на Lidar системата показват, че a/b е сигналът за биене при една и съща скорост и на различни разстояния, а c/d е сигналът за биене на същото разстояние и при различни скорости. Резултатите от теста достигнаха 15 мм и 0,775 м/с.
Тук само приложението на силицийоптичен модулаторза FMCW се обсъжда. В действителност ефектът на силициевия оптичен модулатор не е толкова добър, колкото този наLiNO3 модулатор, главно защото в силициевия оптичен модулатор, фазовата промяна/коефициентът на поглъщане/капацитетът на прехода е нелинеен с промяната на напрежението, както е показано на фигурата по-долу:
Тоест,
Съотношението на изходната мощност намодулаторсистемата е следната
Резултатът е разстройка от висок порядък:
Това ще доведе до разширяване на сигнала на честотата на биене и намаляване на съотношението сигнал/шум. И така, какъв е начинът да се подобри линейността на силициевия светлинен модулатор? Тук ще обсъдим само характеристиките на самото устройство и няма да обсъждаме схемата за компенсация, използваща други помощни структури.
Една от причините за нелинейността на фазовата модулация с напрежение е, че светлинното поле във вълновода е в различно разпределение на тежките и леките параметри и скоростта на промяна на фазата е различна с промяната на напрежението. Както е показано на следващата фигура. Областта на изчерпване при силна интерференция се променя по-малко от тази при лека интерференция.
Следната фигура показва кривите на промяна на интермодулационното изкривяване от трети ред TID и хармоничното изкривяване от втори ред SHD с концентрацията на смущенията, т.е. честотата на модулация. Вижда се, че способността за потискане на разстройката при силни смущения е по-висока от тази при леки смущения. Следователно, ремиксирането помага за подобряване на линейността.
Горното е еквивалентно на разглеждането на C в RC модела на MZM, като влиянието на R също трябва да се вземе предвид. Следва крива на промяна на CDR3 в зависимост от серийното съпротивление. Вижда се, че колкото по-малко е серийното съпротивление, толкова по-голям е CDR3.
Не на последно място, ефектът на силициевия модулатор не е непременно по-лош от този на LiNbO3. Както е показано на фигурата по-долу, CDR3 насилициев модулаторще бъде по-висока от тази на LiNbO3 в случай на пълно отклонение чрез разумен дизайн на структурата и дължината на модулатора. Условията на изпитване остават постоянни.
В обобщение, структурният дизайн на силициевия светлинен модулатор може само да бъде смекчен, а не отстранен, и дали той наистина може да се използва в FMCW системата се нуждае от експериментална проверка. Ако е възможно, тогава може да се постигне интеграция с приемо-предавател, което има предимства за мащабно намаляване на разходите.
Време на публикуване: 18 март 2024 г.