Modulador óptico de silíciopara FMCW
Como todos sabemos, um dos componentes mais importantes em sistemas Lidar baseados em FMCW é o modulador de alta linearidade. Seu princípio de funcionamento é mostrado na figura a seguir:Modulador DP-IQbaseadomodulação de banda lateral única (SSB), a parte superior e a inferiorMZMTrabalhando no ponto nulo, na estrada e ao longo 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 cancelada, apenas o termo de deslocamento de frequência de wc+wm. Na Figura b, o azul LR é o sinal de chiado FM local, o laranja RX é o sinal refletido e, devido ao efeito Doppler, o sinal de batimento final produz f1 e f2.
A distância e a velocidade são:
O seguinte é um artigo publicado pela Universidade Jiaotong de Xangai 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 entre os moduladores de braço superior e inferior é relativamente grande. A taxa de rejeição da banda lateral da portadora varia com a taxa de modulação de frequência, e o efeito se agrava à medida que a frequência aumenta.
Na figura a seguir, os resultados do teste do sistema Lidar mostram que a/b é o sinal de batimento na mesma velocidade e em distâncias diferentes, e c/d é o sinal de batimento na mesma distância e em velocidades diferentes. Os resultados do teste atingiram 15 mm e 0,775 m/s.
Aqui, apenas a aplicação do silíciomodulador ópticopara FMCW é discutido. Na realidade, o efeito do modulador óptico de silício não é tão bom quanto o deModulador 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 domoduladoro sistema 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, discutiremos apenas as características do dispositivo em si e não o esquema de compensação usando 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 diferentes distribuições de parâmetros pesados e leves, e a taxa de mudança de fase é diferente com a variação da tensão. Como mostrado na figura a seguir, a região de depleção com interferência pesada muda menos do que com interferência leve.
A figura a seguir mostra as curvas de variação da distorção de intermodulação de terceira ordem (TID) e da distorção harmônica de segunda ordem (SHD) com a concentração do clutter, ou seja, a frequência de modulação. Observa-se que a capacidade de supressão da desafinação para clutter pesado é maior do que para clutter leve. Portanto, a remixagem ajuda a melhorar a linearidade.
O exposto acima equivale a considerar C no modelo RC de MZM, e a influência de R também deve ser considerada. A seguir, apresenta-se a curva de variação do CDR3 com a resistência em série. Pode-se observar que quanto menor a resistência em série, maior o CDR3.
Por último, mas não menos importante, o efeito do modulador de silício não é necessariamente pior do que o do LiNbO3. Conforme mostrado na figura abaixo, o CDR3 domodulador de silícioserá maior que a do LiNbO3 no caso de polarização total, por meio de um projeto razoável da estrutura e do 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 corrigido, e se ele realmente pode ser usado no sistema FMCW precisa de verificação experimental. Se realmente puder, então ele pode atingir a integração do transceptor, o que tem vantagens para a redução de custos em larga escala.
Horário da publicação: 18/03/2024