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: UsandoModulador DP-IQbasadoModulación de banda lateral única (SSB), la superior y la inferiorMZMtrabaja en el punto nulo, en la carretera y por 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, y finalmente la luz de WC-WM se cancela, solo el término de cambio de frecuencia de wc+wm. En la Figura b, LR azul es la señal de chirrido de FM local, RX naranja es 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 de MZM se muestra a continuación: La diferencia de rendimiento entre los moduladores del brazo superior e inferior es relativamente grande. La relación de rechazo de la banda lateral de la portadora es diferente con la tasa de modulación de frecuencia y el efecto empeorará a medida que aumente la frecuencia.

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

Aquí, sólo la aplicación de silicio.modulador ópticopara FMCW se discute. En realidad, el efecto del modulador óptico de silicio no es tan bueno como el deModulador 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 delmoduladorel sistema es el siguiente
El resultado es una desafinación de alto orden:

Esto provocará el ensanchamiento de la señal de frecuencia de batido y la disminución de la relación señal-ruido. Entonces, ¿cuál es la forma de mejorar la linealidad del modulador de luz de silicio? Aquí solo analizamos las características del dispositivo en sí y no analizamos el esquema de compensación utilizando otras estructuras auxiliares.
Una de las razones de la no linealidad de la fase de modulación con el voltaje es que el campo luminoso en la guía de ondas tiene una distribución diferente de parámetros pesados ​​y ligeros y la tasa de cambio de fase es diferente con el cambio de voltaje. Como se muestra en la siguiente imagen. La región de agotamiento con interferencia intensa cambia menos que aquella con interferencia ligera.

La siguiente figura muestra las curvas de cambio de la distorsión de intermodulación de tercer orden TID y la distorsión armónica de segundo orden SHD con la concentración del desorden, es decir, la frecuencia de modulación. Se puede observar que la capacidad de supresión de la desafinación para ruidos pesados ​​es mayor que para ruidos ligeros. Por tanto, la remezcla ayuda a mejorar la linealidad.

Lo anterior equivale a considerar C en el modelo RC de MZM, y también se debe considerar la influencia de R. La siguiente es la curva de cambio de CDR3 con la resistencia en serie. Se puede ver 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 siguiente figura, la CDR3 delmodulador de silicioserá mayor que el de LiNbO3 en el caso de polarización total mediante un diseño razonable de la estructura y la longitud del modulador. Las condiciones de prueba siguen siendo consistentes.

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 verificación experimental; si realmente se puede, entonces se puede lograr la integración del transceptor, lo cual tiene ventajas. para una reducción de costos a gran escala.