Silicium optische modulatorvoor FMCW
Zoals we allemaal weten, is een van de belangrijkste componenten in FMCW-gebaseerde Lidar-systemen de zeer lineaire modulator. Het werkingsprincipe ervan wordt weergegeven in de volgende afbeelding: Gebruikmakend vanDP-IQ-modulatorgebaseerdenkelzijbandmodulatie (SSB), de bovenste en ondersteMZMWerkzaamheden vinden plaats op het nulpunt, op de weg en langs de zijband van wc+wm en WC-WM, waarbij wm de modulatiefrequentie is. Tegelijkertijd introduceert het lagere kanaal een faseverschil van 90 graden, waardoor het licht van WC-WM uiteindelijk wordt geannuleerd en alleen de frequentieverschuivingsterm van wc+wm overblijft. In figuur b is LR blauw het lokale FM-chirpsignaal, RX oranje het gereflecteerde signaal, en door het Doppler-effect produceert het uiteindelijke beatsignaal f1 en f2.
De afstand en snelheid zijn:
Het volgende is een artikel dat in 2021 door de Shanghai Jiaotong Universiteit is gepubliceerd, overSSBgeneratoren die FMCW implementeren op basis vansilicium lichtmodulatoren.
De prestaties van de MZM worden als volgt weergegeven: Het prestatieverschil tussen de modulatoren in de bovenste en onderste arm is relatief groot. De onderdrukking van de draaggolfzijband varieert met de frequentiemodulatiesnelheid, en het effect wordt slechter naarmate de frequentie toeneemt.
In de volgende afbeelding tonen de testresultaten van het Lidar-systeem aan dat a/b het beatsignaal is bij dezelfde snelheid en op verschillende afstanden, en c/d het beatsignaal bij dezelfde afstand en op verschillende snelheden. De testresultaten bereikten 15 mm en 0,775 m/s.
Hier wordt alleen silicium toegepast.optische modulatorDe toepassing van FMCW wordt besproken. In werkelijkheid is het effect van een optische siliciummodulator niet zo goed als dat van...LiNO3-modulatorDit komt voornamelijk doordat in een optische siliciummodulator de faseverandering/absorptiecoëfficiënt/junctiecapaciteit niet-lineair is met de spanningsverandering, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding:
Dat wil zeggen,
De relatie tussen het uitgangsvermogen en demodulatorHet systeem werkt als volgt:
Het resultaat is een ontstemming van hogere orde:
Dit zal leiden tot verbreding van het beatfrequentiesignaal en een afname van de signaal-ruisverhouding. Hoe kan de lineariteit van de siliciumlichtmodulator dan verbeterd worden? We bespreken hier alleen de kenmerken van het apparaat zelf en gaan niet in op compensatieschema's met behulp van andere hulpstructuren.
Een van de redenen voor de niet-lineariteit van de modulatiefase met de spanning is dat het lichtveld in de golfgeleider een verschillende verdeling van zware en lichte parameters heeft en dat de faseveranderingssnelheid verschilt met de spanningsverandering. Zoals in de volgende afbeelding te zien is, verandert het depletiegebied met zware interferentie minder dan dat met lichte interferentie.
De volgende figuur toont de veranderingscurven van de derde-orde intermodulatievervorming (TID) en de tweede-orde harmonische vervorming (SHD) met de concentratie van de ruis, oftewel de modulatiefrequentie. Het is te zien dat het onderdrukkingsvermogen van de ontstemming bij sterke ruis groter is dan bij zwakke ruis. Daarom draagt hermenging bij aan een verbeterde lineariteit.
Het bovenstaande komt overeen met het beschouwen van C in het RC-model van de MZM, waarbij ook de invloed van R in overweging moet worden genomen. Hieronder staat de veranderingscurve van CDR3 met de serieweerstand. Hieruit blijkt dat hoe kleiner de serieweerstand, hoe groter CDR3.
Tot slot is het effect van de siliciummodulator niet per se slechter dan dat van LiNbO3. Zoals weergegeven in de onderstaande figuur, is de CDR3 van desiliciummodulatorzal hoger zijn dan die van LiNbO3 in het geval van volledige bias, door een verstandig ontwerp van de structuur en de lengte van de modulator. De testomstandigheden blijven consistent.
Samenvattend kan het structurele ontwerp van de siliciumlichtmodulator slechts worden verbeterd, niet volledig worden opgelost. Of het daadwerkelijk in het FMCW-systeem kan worden gebruikt, vereist experimentele verificatie. Indien dit het geval is, kan integratie met een transceiver worden gerealiseerd, wat voordelen biedt voor een grootschalige kostenbesparing.
Geplaatst op: 18 maart 2024