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 mostrato nella figura seguente: UtilizzandoModulatore DP-IQbasatomodulazione a banda laterale singola (SSB), 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, rimane solo il termine di spostamento di frequenza di wc+wm. Nella Figura b, LR blu è il segnale chirp FM 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:
Il seguente è un articolo pubblicato dall'Università Jiaotong di Shanghai nel 2021, riguardanteSSBgeneratori che implementano FMCW basato sumodulatori di luce al silicio.
Le prestazioni del MZM sono mostrate come segue: la differenza di prestazioni dei modulatori del braccio superiore e inferiore è relativamente grande. Il rapporto di reiezione della banda laterale della portante è diverso con la frequenza di modulazione e l'effetto peggiora all'aumentare della frequenza.
Nella figura seguente, i risultati del test del sistema Lidar mostrano che a/b è il segnale di battimento alla stessa velocità e a distanze diverse, e c/d è il segnale di battimento alla stessa distanza e a velocità diverse. I risultati del test hanno raggiunto 15 mm e 0,775 m/s.
Qui, solo l'applicazione del siliciomodulatore otticoper FMCW si discute. In realtà, l'effetto del modulatore ottico al silicio non è buono come quello diModulatore di LiNO3, principalmente perché nei modulatori ottici al silicio, la variazione di fase/il coefficiente di assorbimento/la capacità di giunzione non sono lineari rispetto alla variazione di tensione, come mostrato nella figura seguente:
Questo è,
La relazione di potenza in uscita delmodulatoreil sistema è il seguente
Il risultato è una detuning di ordine elevato:
Questi fattori causeranno l'allargamento del segnale di frequenza di battimento e la diminuzione del rapporto segnale/rumore. Quindi, qual è il modo per migliorare la linearità del modulatore di luce al silicio? Qui ci concentreremo solo sulle caratteristiche del dispositivo stesso, senza trattare gli schemi di compensazione che utilizzano 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 diversa distribuzione di parametri pesanti e leggeri e la velocità di variazione della fase è diversa al variare della tensione. Come mostrato nell'immagine seguente, la regione di svuotamento con interferenza pesante varia meno rispetto a quella con interferenza leggera.
La figura seguente mostra le curve di variazione della distorsione di intermodulazione del terzo ordine (TID) e della distorsione armonica del secondo ordine (SHD) in funzione della concentrazione del clutter, ovvero della frequenza di modulazione. Si può notare che la capacità di soppressione del detuning per un clutter elevato è maggiore rispetto a quella per un clutter leggero. Pertanto, il remixing contribuisce a migliorare la linearità.
Quanto sopra equivale a considerare C nel modello RC del MZM, e si dovrebbe considerare anche l'influenza di R. Di seguito è riportata la curva di variazione di CDR3 in funzione della resistenza in serie. Si può notare che minore è la resistenza in serie, maggiore è CDR3.
Ultimo ma non meno importante, l'effetto del modulatore al silicio non è necessariamente peggiore di quello del LiNbO3. Come mostrato nella figura seguente, il CDR3 delmodulatore al siliciosarà superiore a quella del LiNbO3 nel caso di polarizzazione completa grazie a una progettazione ragionevole 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 attenuata, non risolta, e la sua effettiva utilizzabilità nel sistema FMCW necessita di verifica sperimentale. Se ciò fosse possibile, si potrebbe realizzare l'integrazione del ricetrasmettitore, con conseguenti vantaggi in termini di riduzione dei costi su larga scala.
Data di pubblicazione: 18 marzo 2024