Modulador óptico de silicio para FMCW

Modulador óptico de siliciopara FMCW

Como todos sabemos, uno de los componentes más importantes en los sistemas LIDAR basados ​​en FMCW es el modulador de alta linealidad. Su principio de trabajo se muestra en la siguiente figura: usandoModulador DP-IQbasadoModulación de banda lateral única (SSB), la parte superior e inferiorMZMTrabajar en NULL Point, en el camino y en 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, el azul LR es la señal CHIRP FM local, Rx Orange es la señal reflejada, y debido al efecto Doppler, la señal de latido final produce F1 y F2.

La distancia y la velocidad son:

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

El rendimiento de MZM se muestra de la siguiente manera: la diferencia de rendimiento de los moduladores del brazo superior e inferior es relativamente grande. La relación de rechazo de la banda lateral del portador 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 latido a la misma velocidad y a diferentes distancias, y C/D es la señal de latido a la misma distancia y a diferentes velocidades. Los resultados de la prueba alcanzaron 15 mm y 0.775m /s.

Aquí, solo la aplicación de Siliconmodulador 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 figura a continuación:

Eso es,

La relación de potencia de salida delmoduladorEl sistema es el siguiente
El resultado es una desunión de alto orden:

Esto causará la ampliación de la señal de frecuencia de latido 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 discutimos las características del dispositivo en sí, y no discutimos el esquema de compensación utilizando otras estructuras auxiliares.
Una de las razones de la no linealidad de la fase de modulación con voltaje es que el campo de la luz en la guía de onda está en una distribución diferente de los parámetros pesados ​​y de luz 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 una intensidad intensa cambia menos que la de interferencia ligera.

La siguiente figura muestra las curvas de cambio de la distorsión de la intermodulación de tercer orden y la distorsión armónica de segundo orden SHD con la concentración del desorden, es decir, la frecuencia de modulación. Se puede ver que la capacidad de supresión de la desunión de desorden pesado es más alta que la del desorden ligero. Por lo tanto, la remezcla ayuda a mejorar la linealidad.

Lo anterior es equivalente a considerar C en el modelo RC de MZM, y la influencia de R también debe considerarse. La siguiente es la curva de cambio de CDR3 con la resistencia de la serie. Se puede ver que cuanto más pequeña sea la resistencia en la serie, mayor es CDR3.

Por último, pero no menos importante, el efecto del modulador de silicio no es necesariamente peor que el de Linbo3. Como se muestra en la figura a continuación, CDR3 delmodulador de silicioserá más alto que el de LinBO3 en el caso de un sesgo completo a través del 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 puede mitigarse, no curarse, y si realmente se puede usar en el sistema FMCW necesita verificación experimental, si realmente puede ser, entonces puede lograr la integración del transceptor, lo que tiene ventajas para la reducción de costos a gran escala.