Kremíkový optický modulátor pre FMCW

Kremíkový optický modulátorpre FMCW

Ako všetci vieme, jedným z najdôležitejších komponentov v systémoch Lidar založených na FMCW je modulátor s vysokou linearitou. Princíp jeho fungovania je znázornený na nasledujúcom obrázku: PoužitieModulátor DP-IQzaloženémodulácia s jedným postranným pásmom (SSB), horná a dolnáMZMpráca v nulovom bode, na ceste a v postrannom pásme wc+wm a WC-WM, wm je modulačná frekvencia, ale zároveň spodný kanál zavádza 90 stupňový fázový rozdiel a nakoniec svetlo WC-WM sa ruší iba člen frekvenčného posunu wc+wm. Na obrázku b je modrá LR miestnym signálom cvrlikania FM, oranžová RX je odrazený signál a vďaka Dopplerovmu efektu vytvára konečný signál úderu f1 a f2.

Vzdialenosť a rýchlosť sú:

Nasleduje článok publikovaný Shanghai Jiaotong University v roku 2021, oSSBgenerátory, ktoré implementujú FMCW na základemodulátory kremíkového svetla.

Výkon MZM je znázornený nasledovne: Výkonnostný rozdiel modulátorov horného a dolného ramena je pomerne veľký. Pomer odmietnutia postranného pásma nosnej frekvencie sa líši s rýchlosťou modulácie frekvencie a účinok sa bude zhoršovať so zvyšujúcou sa frekvenciou.

Na nasledujúcom obrázku výsledky testu systému Lidar ukazujú, že a/b je signál úderu pri rovnakej rýchlosti a rôznych vzdialenostiach a c/d je signál úderu v rovnakej vzdialenosti a pri rôznych rýchlostiach. Výsledky testu dosiahli 15 mm a 0,775 m/s.

Tu je len aplikácia kremíkaoptický modulátorpre FMCW sa diskutuje. V skutočnosti účinok kremíkového optického modulátora nie je taký dobrý ako účinokModulátor LiNO3, hlavne preto, že v kremíkovom optickom modulátore je fázová zmena/absorpčný koeficient/prepojovacia kapacita nelineárna so zmenou napätia, ako je znázornené na obrázku nižšie:

teda

Vzťah výstupného výkonumodulátorsystém je nasledovný
Výsledkom je rozladenie vysokého rádu:

Tie spôsobia rozšírenie signálu frekvencie úderov a zníženie pomeru signálu k šumu. Aký je teda spôsob, ako zlepšiť linearitu modulátora kremíkového svetla? Tu diskutujeme iba o charakteristikách samotného zariadenia a nehovoríme o kompenzačnej schéme pomocou iných pomocných štruktúr.
Jednou z príčin nelinearity fázy modulácie s napätím je, že svetelné pole vo vlnovode je v inom rozložení ťažkých a svetelných parametrov a rýchlosť zmeny fázy je odlišná so zmenou napätia. Ako je znázornené na nasledujúcom obrázku. Oblasť vyčerpania pri silnej interferencii sa mení menej ako pri slabej interferencii.

Nasledujúci obrázok ukazuje 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 ťažký neporiadok je vyššia ako pre ľahký neporiadok. Preto remixovanie pomáha zlepšiť linearitu.

Vyššie uvedené je ekvivalentné zvažovaniu C v RC modeli MZM a mal by sa zvážiť aj vplyv R. Nasleduje krivka zmeny CDR3 so sériovým odporom. Je vidieť, 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, CDR3 zkremíkový modulátorbude vyššia ako u LiNbO3 v prípade úplného predpätia prostredníctvom rozumného návrhu štruktúry a dĺžky modulátora. Podmienky testu zostávajú konzistentné.

Stručne povedané, konštrukčný návrh modulátora kremíkového svetla možno iba zmierniť, nie vyliečiť, a či ho možno skutočne použiť v systéme FMCW, je potrebné experimentálne overiť, ak je to skutočne možné, potom môže dosiahnuť integráciu transceivera, čo má výhody pre rozsiahle zníženie nákladov.