Kremíkový optický modulátorpre FMCW
Ako všetci vieme, jednou z najdôležitejších súčastí lidarových systémov založených na FMCW je modulátor s vysokou linearitou. Jeho princíp fungovania je znázornený na nasledujúcom obrázku: PoužitieModulátor DP-IQzaloženémodulácia s jedným bočným pásmom (SSB), horná a dolnáMZMpracujú v nulovom bode, na ceste a v bočnom pásme wc+wm a WC-WM, wm je modulačná frekvencia, ale zároveň spodný kanál zavádza fázový rozdiel 90 stupňov a nakoniec sa svetlo WC-WM ruší, iba člen frekvenčného posunu wc+wm. Na obrázku b je modrý LR lokálny FM signál chirp, oranžový RX je odrazený signál a v dôsledku Dopplerovho efektu konečný signál úderu vytvára f1 a f2.
Vzdialenosť a rýchlosť sú:
Nasleduje článok publikovaný Šanghajskou univerzitou Jiaotong v roku 2021 oSSBgenerátory, ktoré implementujú FMCW na základekremíkové modulátory svetla.
Výkon MZM je znázornený nasledovne: Rozdiel vo výkone modulátorov horného a dolného ramena je relatívne veľký. Pomer potlačenia postranného pásma nosnej sa líši v závislosti od rýchlosti frekvenčnej modulácie a efekt sa zhoršuje so zvyšujúcou sa frekvenciou.
Na nasledujúcom obrázku sú výsledky testov systému Lidar znázornené tak, že a/b je signál tepu pri rovnakej rýchlosti a pri rôznych vzdialenostiach a c/d je signál tepu pri rovnakej vzdialenosti a pri rôznych rýchlostiach. Výsledky testov dosiahli 15 mm a 0,775 m/s.
Tu ide iba o aplikáciu kremíkaoptický modulátorpre FMCW sa diskutuje. V skutočnosti nie je účinok kremíkového optického modulátora taký dobrý ako účinokModulátor LiNO3, najmä preto, že v kremíkovom optickom modulátore je fázová zmena/absorpčný koeficient/kapacita prechodu nelineárna so zmenou napätia, ako je znázornené na obrázku nižšie:
To znamená,
Vzťah výstupného výkonumodulátorsystém je nasledovný
Výsledkom je rozladenie vyššieho rádu:
Tieto spôsobia rozšírenie signálu frekvencie impulzov a zníženie pomeru signálu k šumu. Aký je teda spôsob, ako zlepšiť linearitu kremíkového modulátora svetla? Tu rozoberieme iba vlastnosti samotného zariadenia a nebudeme rozoberať schému kompenzácie s použitím iných pomocných štruktúr.
Jedným z dôvodov nelinearity modulácie fázy s napätím je, že svetelné pole vo vlnovode má odlišné rozloženie ťažkých a ľahkých parametrov a rýchlosť fázovej zmeny sa líši so zmenou napätia. Ako je znázornené na nasledujúcom obrázku. Oblasť ochudobnenia sa pri silnej interferencii mení menej ako pri slabej interferencii.
Nasledujúci obrázok znázorňuje krivky zmien intermodulačného skreslenia tretieho rádu TID a harmonického skreslenia druhého rádu SHD s koncentráciou rušenia, teda modulačnou frekvenciou. Je vidieť, že schopnosť potlačenia rozladenia pre silné rušenie je vyššia ako pre ľahké rušenie. Preto remixovanie pomáha zlepšiť linearitu.
Vyššie uvedené je ekvivalentné zváženiu C v RC modeli MZM a mal by sa zohľadniť aj vplyv R. Nasleduje krivka zmeny CDR3 so sériovým odporom. Je zrejmé, že čím menší je sériový odpor, tým väčšia je CDR3.
V neposlednom rade, účinok kremíkového modulátora nie je nevyhnutne horší ako účinok LiNbO3. Ako je znázornené na obrázku nižšie, CDR3kremíkový modulátorbude vyššia ako u LiNbO3 v prípade plného skreslenia vďaka rozumnému návrhu štruktúry a dĺžky modulátora. Testovacie podmienky zostávajú konzistentné.
Stručne povedané, štrukturálny návrh kremíkového svetelného modulátora sa dá iba zmierniť, nie vyliečiť, a to, či sa dá skutočne použiť v systéme FMCW, si vyžaduje experimentálne overenie. Ak je to skutočne možné, potom sa dá dosiahnuť integrácia transceivera, čo má výhody pre rozsiahle zníženie nákladov.
Čas uverejnenia: 18. marca 2024