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 funcionamiento se muestra en la siguiente figura:Modulador DP-IQbasadomodulación de banda lateral única (SSB), la superior y la inferiorMZMEl funcionamiento se realiza en el punto nulo, en la trayectoria y en la banda lateral de wc+wm y WC-WM, donde wm es la frecuencia de modulación. Al mismo tiempo, el canal inferior introduce una diferencia de fase de 90 grados, lo que provoca la cancelación de la señal de WC-WM, quedando únicamente el término de desplazamiento de frecuencia de wc+wm. En la Figura b, LR (azul) representa la señal de modulación de frecuencia local (chirp FM), RX (naranja) 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 frecuencia de modulación, y el efecto empeora a medida que aumenta la frecuencia.

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

Aquí, únicamente se aplica el silicio.modulador ópticoSe analiza el caso de FMCW. En realidad, el efecto del modulador óptico de silicio no es tan bueno como el demodulador 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 figura a continuación:

Eso es,

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

Esto provocará un ensanchamiento de la señal de frecuencia de batido y una disminución de la relación señal/ruido. Entonces, ¿cómo se puede mejorar la linealidad del modulador de luz de silicio? Aquí solo analizaremos 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 onda presenta una distribución diferente de parámetros pesados ​​y ligeros, y la tasa de cambio de fase varía con el voltaje. Como se muestra en la siguiente figura, la región de agotamiento con interferencia pesada presenta una menor variación que la región con interferencia ligera.

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 de la señal de interferencia, es decir, la frecuencia de modulación. Se observa que la capacidad de supresión de la desafinación es mayor para señales de interferencia intensas que para señales de interferencia ligeras. Por lo tanto, la remezcla contribuye a mejorar la linealidad.

Lo anterior equivale a considerar C en el modelo RC del 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 valor de 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 siguiente, el CDR3 delmodulador de silicioSerá superior a la del LiNbO3 en el caso de polarización completa mediante un diseño adecuado 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 puede mitigarse, no corregirse, y su posible uso en el sistema FMCW requiere verificación experimental; si realmente se puede utilizar, se logrará la integración del transceptor, lo que ofrece ventajas para la reducción de costos a gran escala.