Silisiumoptisk modulator for FMCW

Silisium optisk modulatorfor FMCW

Som vi alle vet, er en av de viktigste komponentene i FMCW-baserte Lidar-systemer høylinearitetsmodulatoren. Virkemåten er vist i følgende figur: BrukDP-IQ-modulatorbasertenkelt sidebåndsmodulasjon (SSB), øvre og nedreMZMarbeid ved nullpunktet, på veien og nedover sidebåndet til wc+wm og WC-WM, wm er modulasjonsfrekvensen, men samtidig introduserer den nedre kanalen en faseforskjell på 90 grader, og til slutt kanselleres lyset fra WC-WM, bare frekvensforskyvningstermen til wc+wm. I figur b er LR blå det lokale FM-kvitresignalet, RX oransje er det reflekterte signalet, og på grunn av Doppler-effekten produserer det endelige taktslagssignalet f1 og f2.

Avstanden og hastigheten er:

Følgende er en artikkel publisert av Shanghai Jiaotong University i 2021, omSSBgeneratorer som implementerer FMCW basert påsilisium lysmodulatorer.

Ytelsen til MZM vises som følger: Ytelsesforskjellen mellom øvre og nedre armmodulatorer er relativt stor. Bærebølgens sidebåndsavvisningsforhold er forskjellig med frekvensmodulasjonshastigheten, og effekten vil bli verre etter hvert som frekvensen øker.

I figuren nedenfor viser testresultatene fra Lidar-systemet at a/b er taktsignalet ved samme hastighet og på forskjellige avstander, og c/d er taktsignalet ved samme avstand og på forskjellige hastigheter. Testresultatene nådde 15 mm og 0,775 m/s.

Her er det bare bruk av silisiumoptisk modulatorfor FMCW diskuteres. I virkeligheten er effekten av silisiumoptisk modulator ikke like god som den avLiNO3-modulator, hovedsakelig fordi faseendringen/absorpsjonskoeffisienten/forbindelseskapasitansen i en optisk silisiummodulator ikke er lineær med spenningsendringen, som vist i figuren nedenfor:

Det vil si,

Forholdet mellom utgangseffekten ogmodulatorsystemet er som følger
Resultatet er en avstemming av høyere orden:

Dette vil føre til utvidelse av taktfrekvenssignalet og reduksjon av signal-til-støy-forholdet. Så hva er måten å forbedre lineariteten til silisiumlysmodulatoren? Her diskuterer vi bare egenskapene til selve enheten, og diskuterer ikke kompensasjonsskjemaet ved bruk av andre hjelpestrukturer.
En av grunnene til den ikke-lineære modulasjonsfasen med spenning er at lysfeltet i bølgelederen har ulik fordeling av tunge og lette parametere, og faseendringshastigheten er forskjellig med spenningsendringen. Som vist på bildet nedenfor, endres utarmingsområdet med sterk interferens mindre enn med lett interferens.

Figuren nedenfor viser endringskurvene for tredjeordens intermodulasjonsforvrengning TID og andreordens harmonisk forvrengning SHD med konsentrasjonen av støy, det vil si modulasjonsfrekvensen. Det kan sees at undertrykkelsesevnen til avstemmingen for mye støy er høyere enn for lett støy. Derfor bidrar remiksing til å forbedre lineariteten.

Det ovennevnte tilsvarer å betrakte C i RC-modellen av MZM, og påvirkningen av R bør også tas i betraktning. Følgende er endringskurven for CDR3 med seriemotstanden. Det kan sees at jo mindre seriemotstanden er, desto større er CDR3.

Sist, men ikke minst, er effekten av silisiummodulatoren ikke nødvendigvis dårligere enn effekten av LiNbO3. Som vist i figuren nedenfor, er CDR3 avsilisiummodulatorvil være høyere enn LiNbO3 ved full forspenning gjennom rimelig utforming av strukturen og lengden på modulatoren. Testforholdene forblir konsistente.

Oppsummert kan den strukturelle utformingen av silisiumlysmodulatoren bare reduseres, ikke kureres, og hvorvidt den virkelig kan brukes i FMCW-systemet trenger eksperimentell verifisering. Hvis det virkelig kan, kan det oppnå transceiverintegrasjon, noe som har fordeler for storskala kostnadsreduksjon.