Modulador óptico de silício para FMCW

Modulador óptico de silíciopara FMCW

Como todos sabemos, um dos componentes mais importantes nos sistemas Lidar baseados em FMCW é o modulador de alta linearidade. Seu princípio de funcionamento é mostrado na figura a seguir: UsandoModulador DP-IQbaseadomodulação de banda lateral única (SSB), a parte superior e inferiorMZMtrabalhe no ponto nulo, na estrada e abaixo da banda lateral de wc+wm e WC-WM, wm é a frequência de modulação, mas ao mesmo tempo o canal inferior introduz uma diferença de fase de 90 graus e, finalmente, a luz de WC-WM é cancelado, apenas o termo de mudança de frequência de wc+wm. Na Figura b, LR azul é o sinal FM local, RX laranja é o sinal refletido e, devido ao efeito Doppler, o sinal de batida final produz f1 e f2.

A distância e a velocidade são:

A seguir está um artigo publicado pela Shanghai Jiaotong University em 2021, sobreSSBgeradores que implementam FMCW com base emmoduladores de luz de silício.

O desempenho do MZM é mostrado a seguir: A diferença de desempenho dos moduladores de braço e antebraço é relativamente grande. A taxa de rejeição da banda lateral da portadora é diferente com a taxa de modulação de frequência, e o efeito piorará à medida que a frequência aumentar.

Na figura a seguir, os resultados do teste do sistema Lidar mostram que a/b é o sinal de batida na mesma velocidade e em distâncias diferentes, e c/d é o sinal de batida na mesma distância e em velocidades diferentes. Os resultados do teste atingiram 15mm e 0,775m/s.

Aqui, apenas a aplicação de silíciomodulador ópticopara FMCW é discutido. Na realidade, o efeito do modulador óptico de silício não é tão bom quanto o doModulador LiNO3, principalmente porque no modulador óptico de silício, a mudança de fase/coeficiente de absorção/capacitância de junção não é linear com a mudança de tensão, conforme mostrado na figura abaixo:

Aquilo é,

A relação de potência de saída domoduladorsistema é o seguinte
O resultado é uma desafinação de alta ordem:

Isso causará o alargamento do sinal de frequência de batimento e a diminuição da relação sinal-ruído. Então, qual é a maneira de melhorar a linearidade do modulador de luz de silício? Aqui discutimos apenas as características do dispositivo em si e não discutimos o esquema de compensação utilizando outras estruturas auxiliares.
Uma das razões para a não linearidade da fase de modulação com a tensão é que o campo de luz no guia de ondas está em distribuição diferente de parâmetros pesados ​​​​e leves e a taxa de mudança de fase é diferente com a mudança de tensão. Conforme mostrado na imagem a seguir. A região de depleção com interferência pesada muda menos do que aquela com interferência leve.

A figura a seguir mostra as curvas de mudança da distorção de intermodulação de terceira ordem TID e da distorção harmônica de segunda ordem SHD com a concentração da desordem, ou seja, a frequência de modulação. Pode-se observar que a capacidade de supressão da desafinação para desordem pesada é maior do que para desordem leve. Portanto, remixar ajuda a melhorar a linearidade.

O que foi dito acima equivale a considerar C no modelo RC do MZM, e a influência de R também deve ser considerada. A seguir está a curva de mudança do CDR3 com a resistência em série. Pode-se observar que quanto menor a resistência em série, maior será o CDR3.

Por último, mas não menos importante, o efeito do modulador de silício não é necessariamente pior que o do LiNbO3. Como mostrado na figura abaixo, o CDR3 domodulador de silícioserá maior do que o LiNbO3 no caso de polarização total através de um design razoável da estrutura e comprimento do modulador. As condições de teste permanecem consistentes.

Em resumo, o projeto estrutural do modulador de luz de silício só pode ser mitigado, não curado, e se ele pode realmente ser usado no sistema FMCW precisa de verificação experimental, se puder ser realmente, então pode conseguir a integração do transceptor, o que tem vantagens para redução de custos em grande escala.