Modulator optik silikon untuk FMCW

Modulator optik silikonuntuk FMCW

Seperti yang kita ketahui, salah satu komponen terpenting dalam sistem Lidar berbasis FMCW adalah modulator linearitas tinggi. Prinsip kerjanya ditunjukkan pada gambar berikut: Dengan menggunakanModulator DP-IQberdasarkanmodulasi pita samping tunggal (SSB), bagian atas dan bawahMZMBekerja pada titik nol, di jalur dan di sepanjang pita samping wc+wm dan WC-WM, wm adalah frekuensi modulasi, tetapi pada saat yang sama saluran bawah memperkenalkan perbedaan fase 90 derajat, dan akhirnya cahaya WC-WM dibatalkan, hanya suku pergeseran frekuensi wc+wm yang tersisa. Pada Gambar b, LR biru adalah sinyal chirp FM lokal, RX oranye adalah sinyal pantulan, dan karena efek Doppler, sinyal denyut akhir menghasilkan f1 dan f2.

Jarak dan kecepatannya adalah:

Berikut ini adalah artikel yang diterbitkan oleh Universitas Shanghai Jiaotong pada tahun 2021, tentangSSBgenerator yang mengimplementasikan FMCW berdasarkanmodulator cahaya silikon.

Kinerja MZM ditunjukkan sebagai berikut: Perbedaan kinerja modulator lengan atas dan bawah relatif besar. Rasio penolakan pita samping pembawa berbeda dengan laju modulasi frekuensi, dan efeknya akan semakin buruk seiring meningkatnya frekuensi.

Pada gambar berikut, hasil pengujian sistem Lidar menunjukkan bahwa a/b adalah sinyal denyut pada kecepatan yang sama dan pada jarak yang berbeda, dan c/d adalah sinyal denyut pada jarak yang sama dan pada kecepatan yang berbeda. Hasil pengujian mencapai 15 mm dan 0,775 m/s.

Di sini, hanya aplikasi silikon.modulator optikPembahasan mengenai FMCW sedang berlangsung. Pada kenyataannya, efek modulator optik silikon tidak sebaik efek dariModulator LiNO3, terutama karena pada modulator optik silikon, perubahan fasa/koefisien absorbsi/kapasitansi sambungan bersifat non-linear terhadap perubahan tegangan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Yaitu,

Hubungan daya keluaran darialat modulasiSistemnya adalah sebagai berikut:
Hasilnya adalah detuning tingkat tinggi:

Hal ini akan menyebabkan pelebaran sinyal frekuensi denyut dan penurunan rasio sinyal terhadap derau. Jadi, bagaimana cara meningkatkan linearitas modulator cahaya silikon? Di sini kita hanya membahas karakteristik perangkat itu sendiri, dan tidak membahas skema kompensasi menggunakan struktur bantu lainnya.
Salah satu alasan non-linearitas fase modulasi terhadap tegangan adalah karena medan cahaya dalam pandu gelombang memiliki distribusi parameter berat dan ringan yang berbeda, dan laju perubahan fase berbeda dengan perubahan tegangan. Seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut. Daerah deplesi dengan interferensi berat mengalami perubahan yang lebih kecil dibandingkan dengan daerah deplesi dengan interferensi ringan.

Gambar berikut menunjukkan kurva perubahan distorsi intermodulasi orde ketiga (TID) dan distorsi harmonik orde kedua (SHD) dengan konsentrasi gangguan, yaitu frekuensi modulasi. Dapat dilihat bahwa kemampuan penekanan detuning untuk gangguan berat lebih tinggi daripada untuk gangguan ringan. Oleh karena itu, remixing membantu meningkatkan linearitas.

Hal di atas setara dengan mempertimbangkan C dalam model RC MZM, dan pengaruh R juga harus dipertimbangkan. Berikut adalah kurva perubahan CDR3 terhadap resistansi seri. Dapat dilihat bahwa semakin kecil resistansi seri, semakin besar CDR3.

Terakhir namun tidak kalah penting, efek modulator silikon tidak selalu lebih buruk daripada LiNbO3. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, CDR3 darimodulator silikonNilainya akan lebih tinggi daripada LiNbO3 dalam kasus bias penuh melalui desain struktur dan panjang modulator yang wajar. Kondisi pengujian tetap konsisten.

Singkatnya, desain struktural modulator cahaya silikon hanya dapat dikurangi, bukan disembuhkan, dan apakah benar-benar dapat digunakan dalam sistem FMCW perlu diverifikasi secara eksperimental. Jika benar-benar dapat digunakan, maka dapat mencapai integrasi transceiver, yang memiliki keuntungan untuk pengurangan biaya skala besar.