Modulador óptico de silício para FMCW

Modulador óptico de silícioPara FMCW

Como todos sabemos, um dos componentes mais importantes nos sistemas LIDAR baseado em FMCW é o modulador de alta linearidade. Seu princípio de trabalho é mostrado na figura a seguir: usandoModulador DP-IQbaseadoModulação de banda lateral única (SSB), parte superior e inferiorMzmTrabalho no ponto nulo, na estrada e na faixa lateral de WC+WM e WC-WM, WM é a frequência de modulação, mas, ao mesmo tempo, o canal inferior introduz a diferença de fase de 90 graus e, finalmente, a luz do WC-WM é cancelada, apenas o termo de mudança de frequência de WC+WM. Na Figura B, o LR Blue é o sinal FM CHIRP local, RX Orange é o sinal refletido e, devido ao efeito Doppler, o sinal final de batida produz F1 e F2.

A distância e a velocidade são:

A seguir, é apresentado um artigo publicado pela Universidade de Xangai Jiaotong em 2021, sobreSSBgeradores que implementam FMCW com base emModuladores de luz de silício.

O desempenho do MZM é mostrado da seguinte forma: a diferença de desempenho dos moduladores de braço superior e inferior é relativamente grande. A taxa de rejeição da banda lateral da transportadora é diferente com a taxa de modulação de frequência e o efeito piorará 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 batida na mesma velocidade e a diferentes distâncias, e C/D é o sinal de batida na mesma distância e em velocidades diferentes. Os resultados do teste atingiram 15 mm e 0,775m /s.

Aqui, apenas a aplicação de silíciomodulador ópticopara o 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, o coeficiente de mudança de fase/coeficiente de absorção/capacitância de junção é não linear com a mudança de tensão, como mostrado na figura abaixo:

Aquilo é,

A relação de potência de saída domoduladoro sistema é o seguinte
O resultado é um desvio de alta ordem:

Isso causará o alargamento do sinal de frequência de batida 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 próprio dispositivo e não discutimos o esquema de compensação usando outras estruturas auxiliares.
Uma das razões para a não linearidade da fase de modulação com tensão é que o campo de luz no guia de ondas está na distribuição diferente de parâmetros pesados ​​e leves e a taxa de mudança de fase é diferente com a mudança de tensão. Como mostrado na figura a seguir. A região de depleção com pesada interferência muda menos do que a da interferência de luz.

A figura a seguir mostra as curvas de mudança da distorção intermoduladora de terceira ordem TID e a 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 do desvio para a desordem pesada é maior que a da desordem de luz. Portanto, remixar ajuda a melhorar a linearidade.

O acima é equivalente a considerar C no modelo RC do MZM, e a influência de R também deve ser considerada. A seguir, é apresentada a curva de mudança de CDR3 com a resistência da 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 que o do Linbo3. Como mostrado na figura abaixo, cdr3 doModulador de silícioserá maior que o do LINBO3 no caso de viés total através do projeto 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 pode ser realmente, pode alcançar a integração do transceptor, que tem vantagens para redução de custos em larga escala.