Modulatore ottico al silicio per FMCW

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: UtilizzoModulatore DP-IQbasatomodulazione a banda laterale singola (SSB), quello superiore e quello inferioreMZMlavora al punto zero, 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 cancellato, 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 del battito finale produce f1 e f2.

La distanza e la velocità sono:

Quello che segue è un articolo pubblicato dall'Università Jiaotong di Shanghai nel 2021, suSSBgeneratori che implementano FMCW basato sumodulatori di luce al silicio.

Le prestazioni dell'MZM sono mostrate come segue: La differenza di prestazioni dei modulatori del braccio superiore e inferiore è relativamente ampia. Il rapporto di reiezione della banda laterale della portante è diverso con la velocità di modulazione della frequenza e l'effetto peggiorerà 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 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 cambiamento di fase/coefficiente di assorbimento/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 desintonizzazione di ordine elevato:

Ciò causerà l'ampliamento del segnale della frequenza di battimento e la diminuzione del rapporto segnale-rumore. Allora qual è il modo per migliorare la linearità del modulatore di luce al silicio? Qui discutiamo solo delle caratteristiche del dispositivo stesso e non discutiamo dello schema di compensazione utilizzando 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 ha una distribuzione diversa dei parametri pesanti e leggeri e la velocità di cambiamento di fase è diversa con il cambiamento della tensione. Come mostrato nella seguente immagine. La regione di svuotamento con interferenza pesante cambia meno di quella con interferenza leggera.

La figura seguente mostra le curve di variazione della distorsione intermodulazione del terzo ordine TID e della distorsione armonica del secondo ordine SHD con la concentrazione del clutter, cioè la frequenza di modulazione. Si può vedere che la capacità di soppressione della desintonizzazione per i disturbi pesanti è maggiore di quella per i disturbi leggeri. Pertanto, il remix aiuta a migliorare la linearità.

Quanto sopra equivale a considerare C nel modello RC di MZM, e dovrebbe essere considerata anche l'influenza di R. Quella che segue è la curva di variazione di CDR3 con la resistenza in serie. Si può vedere che minore è la resistenza in serie, maggiore è il 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, CDR3 delmodulatore al siliciosarà superiore a quello del LiNbO3 nel caso di polarizzazione completa grazie a una progettazione ragionevole della struttura e alla lunghezza del modulatore. Le condizioni del test rimangono coerenti.

In sintesi, il progetto strutturale del modulatore di luce al silicio può solo essere mitigato, non curato, e se può essere realmente utilizzato nel sistema FMCW necessita di una verifica sperimentale, se può essere realmente, allora può ottenere l'integrazione del ricetrasmettitore, il che presenta dei vantaggi per una riduzione dei costi su larga scala.