Modulador óptico de silicio para FMCW

Modulador óptico de siliciopara FMCW

Como todos sabemos, uno de los componentes más importantes de los sistemas Lidar basados ​​en FMCW es el modulador de alta linealidad. Su principio de funcionamiento se muestra en la siguiente figura:Modulador DP-IQbasadomodulación de banda lateral única (SSB), la parte superior e inferiorMZMFunciona en el punto nulo, en la carretera y a lo largo de la banda lateral de wc+wm y WC-WM. wm es la frecuencia de modulación, pero al mismo tiempo, el canal inferior introduce una diferencia de fase de 90 grados. Finalmente, la luz de WC-WM se cancela, quedando únicamente el término de desplazamiento de frecuencia de wc+wm. En la Figura b, el azul LR representa la señal de chirp FM local, el naranja RX representa la señal reflejada y, debido al efecto Doppler, la señal de batido final produce f1 y f2.

La distancia y la velocidad son:

El siguiente es un artículo publicado por la Universidad Jiaotong de Shanghai en 2021, sobreSSBgeneradores que implementan FMCW basados ​​enmoduladores de luz de silicio.

El rendimiento del MZM se muestra a continuación: La diferencia de rendimiento entre los moduladores de brazo superior e inferior es relativamente grande. La relación de rechazo de la banda lateral de la portadora varía con la tasa de modulación de frecuencia, y el efecto se agrava al aumentar la frecuencia.

En la siguiente figura, los resultados de la prueba del sistema Lidar muestran que a/b corresponde a la señal de batido a la misma velocidad y a diferentes distancias, y c/d corresponde a la señal de batido a la misma distancia y a diferentes velocidades. Los resultados de la prueba alcanzaron 15 mm y 0,775 m/s.

Aquí, solo la aplicación de silicio.modulador ópticoSe analiza el FMCW. En realidad, el efecto del modulador óptico de silicio no es tan bueno como el de...Modulador de LiNO3, principalmente porque en el modulador óptico de silicio, el cambio de fase/coeficiente de absorción/capacitancia de unión no es lineal con el cambio de voltaje, como se muestra en la siguiente figura:

Eso es,

La relación de potencia de salida de lamoduladorEl sistema es el siguiente
El resultado es una desafinación de alto orden:

Esto provocará la ampliación de la señal de frecuencia de batido y la disminución de la relación señal-ruido. Entonces, ¿cómo mejorar la linealidad del modulador de luz de silicio? Aquí solo se describen las características del dispositivo en sí, sin abordar el esquema de compensación mediante otras estructuras auxiliares.
Una de las razones de la no linealidad de la fase de modulación con el voltaje es que el campo de luz en la guía de ondas presenta una distribución diferente de parámetros de intensidad y de intensidad, y la velocidad de cambio de fase varía con el voltaje. Como se muestra en la siguiente imagen, la región de agotamiento con interferencias fuertes cambia menos que con interferencias ligeras.

La siguiente figura muestra las curvas de variación de la distorsión de intermodulación de tercer orden (TID) y la distorsión armónica de segundo orden (SHD) en función de la concentración del eco, es decir, la frecuencia de modulación. Se observa que la capacidad de supresión de la desafinación para ecos fuertes es mayor que para ecos ligeros. Por lo tanto, la remezcla ayuda a mejorar la linealidad.

Lo anterior equivale a considerar C en el modelo RC de MZM, y también debe considerarse la influencia de R. A continuación se muestra la curva de variación de CDR3 con la resistencia en serie. Se observa que cuanto menor es la resistencia en serie, mayor es el CDR3.

Por último, pero no menos importante, el efecto del modulador de silicio no es necesariamente peor que el del LiNbO₃. Como se muestra en la figura a continuación, la CDR₃ delmodulador de silicioSerá mayor que la de LiNbO₃ en caso de polarización completa gracias a un diseño razonable de la estructura y la longitud del modulador. Las condiciones de prueba se mantienen constantes.

En resumen, el diseño estructural del modulador de luz de silicio solo se puede mitigar, no curar, y si realmente se puede usar en el sistema FMCW necesita una verificación experimental; si realmente se puede, entonces puede lograr la integración del transceptor, lo que tiene ventajas para la reducción de costos a gran escala.