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: UtilizandoModulador DP-IQbaseadoModulação de banda lateral única (SSB), a superior e a inferiorMZMO trabalho ocorre no ponto nulo, na estrada e na banda lateral de wc+wm e WC-WM, onde wm é a frequência de modulação. Ao mesmo tempo, o canal inferior introduz uma diferença de fase de 90 graus, e finalmente a luz de WC-WM é cancelada, restando apenas o termo de deslocamento de frequência de wc+wm. Na Figura b, o azul LR representa o sinal chirp FM local, o laranja RX representa o sinal refletido e, devido ao efeito Doppler, o sinal de batimento final produz f1 e f2.
A distância e a velocidade são:
Segue abaixo 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 demonstrado a seguir: A diferença de desempenho entre os moduladores dos braços 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 piora com o aumento da frequência.
Na figura a seguir, os resultados dos testes do sistema Lidar mostram que a/b é o sinal de batimento na mesma velocidade e em diferentes distâncias, e c/d é o sinal de batimento na mesma distância e em diferentes velocidades. Os resultados dos testes atingiram 15 mm e 0,775 m/s.
Aqui, apenas a aplicação do silício.modulador ópticopara FMCW é discutido. Na realidade, o efeito do modulador óptico de silício não é tão bom quanto o deModulador LiNO3, principalmente porque, em moduladores ópticos de silício, a mudança de fase/coeficiente de absorção/capacitância de junção não é linear com a variação 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:
Esses fatores causarão 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 próprio dispositivo e não abordaremos 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 apresenta uma distribuição diferente de parâmetros de alta e baixa intensidade, e a taxa de variação da fase também varia com a tensão. Como mostrado na figura a seguir, a região de depleção com alta interferência apresenta uma variação menor do que a região com baixa interferência.
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) em função da concentração de ruído, ou seja, da frequência de modulação. Observa-se que a capacidade de supressão do desafinamento para ruído intenso é maior do que para ruído leve. Portanto, a remixagem contribui para melhorar a linearidade.
O exposto acima é equivalente a considerar C no modelo RC do MZM, e a influência de R também deve ser considerada. A seguir, apresenta-se a curva de variação de CDR3 com a resistência em série. Observa-se 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. Como mostrado na figura abaixo, o CDR3 domodulador de silícioserá superior à do LiNbO3 no caso de polarização total, através de um projeto adequado 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 atenuado, não corrigido, e a sua real viabilidade em sistemas FMCW requer verificação experimental. Caso seja realmente viável, poderá ser realizada a integração de transceptores, o que apresenta vantagens para a redução de custos em larga escala.
Data da publicação: 18/03/2024