Modulatore ottico al silicioper FMCW
Come tutti sappiamo, uno dei componenti più importanti nei sistemi Lidar basati su FMCW è il modulatore ad alta linearità. Il suo principio di funzionamento è illustrato nella figura seguente:Modulatore DP-IQbasatomodulazione a banda laterale singola (SSB), la parte superiore e inferioreMZMLavorare al punto nullo, sulla strada e lungo la banda laterale di wc+wm e WC-WM. wm è la frequenza di modulazione, ma allo stesso tempo il canale inferiore introduce una differenza di fase di 90 gradi, e infine la luce di WC-WM viene annullata, lasciando solo il termine di spostamento di frequenza di wc+wm. Nella Figura b, LR blu è il segnale FM chirp locale, RX arancione è il segnale riflesso e, a causa dell'effetto Doppler, il segnale di battimento finale produce f1 e f2.
La distanza e la velocità sono:
Di seguito è riportato un articolo pubblicato dalla Shanghai Jiaotong University nel 2021, suSSBgeneratori che implementano FMCW basati sumodulatori di luce al silicio.
Le prestazioni della MZM sono illustrate di seguito: la differenza di prestazioni tra i modulatori del braccio superiore e inferiore è relativamente ampia. Il rapporto di reiezione della banda laterale della portante varia con la frequenza di modulazione e l'effetto peggiora all'aumentare della frequenza.
Nella figura seguente, i risultati dei test del sistema Lidar mostrano che a/b è il segnale di battimento alla stessa velocità e a diverse distanze, e c/d è il segnale di battimento alla stessa distanza e a diverse velocità. I risultati dei test hanno raggiunto 15 mm e 0,775 m/s.
Qui, solo l'applicazione del siliciomodulatore otticoper FMCW viene discusso. In realtà, l'effetto del modulatore ottico al silicio non è buono come quello diModulatore LiNO3, principalmente perché nel modulatore ottico al silicio, il coefficiente di assorbimento/cambiamento di fase/capacità di giunzione non è lineare con il cambiamento di tensione, come mostrato nella figura seguente:
Questo è,
Il rapporto di potenza in uscita delmodulatoreil sistema è il seguente
Il risultato è una detuning di ordine elevato:
Questi causeranno l'allargamento del segnale di frequenza di battimento e la diminuzione del rapporto segnale/rumore. Qual è quindi il modo per migliorare la linearità del modulatore di luce al silicio? Qui discuteremo solo le caratteristiche del dispositivo in sé e non il sistema di compensazione che utilizza altre strutture ausiliarie.
Uno dei motivi della non linearità della fase di modulazione con la tensione è che il campo luminoso nella guida d'onda presenta una distribuzione diversa dei parametri pesanti e leggeri e la velocità di variazione di fase varia al variare della tensione. Come mostrato nell'immagine seguente, la regione di svuotamento con forte interferenza varia meno di quella con interferenza leggera.
La figura seguente mostra le curve di variazione della distorsione di intermodulazione di terzo ordine (TID) e della distorsione armonica di secondo ordine (SHD) in funzione della concentrazione del clutter, ovvero della frequenza di modulazione. Si può osservare che la capacità di soppressione del detuning per clutter elevati è maggiore rispetto a quella per clutter leggeri. Pertanto, il remixing contribuisce a migliorare la linearità.
Quanto sopra equivale a considerare C nel modello RC di MZM, e anche l'influenza di R dovrebbe essere considerata. Quella che segue è la curva di variazione di CDR3 con la resistenza in serie. Si può osservare che minore è la resistenza in serie, maggiore è il CDR3.
Infine, ma non meno importante, l'effetto del modulatore al silicio non è necessariamente peggiore di quello del LiNbO3. Come mostrato nella figura sottostante, il CDR3 delmodulatore al siliciosarà superiore a quella del LiNbO3 in caso di polarizzazione completa grazie a una progettazione razionale della struttura e della lunghezza del modulatore. Le condizioni di prova rimangono costanti.
In sintesi, la progettazione strutturale del modulatore di luce al silicio può essere solo mitigata, non curata, e per verificare se può essere realmente utilizzato nel sistema FMCW è necessaria una verifica sperimentale; in tal caso, può raggiungere l'integrazione del ricetrasmettitore, con vantaggi per una riduzione dei costi su larga scala.
Data di pubblicazione: 18 marzo 2024