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 parte superior e inferiorMZMtrabajamos 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, y finalmente la luz de WC-WM se cancela, solo el término de desplazamiento de frecuencia de wc+wm. En la figura b, LR azul es la señal chirp 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 Shanghái 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 del 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 empeora a medida que aumenta la frecuencia.
En la siguiente figura, los resultados de la prueba del sistema Lidar muestran que a/b es la señal de batido a la misma velocidad y a diferentes distancias, y c/d es 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 siliciomodulador ópticoSe analiza el 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 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 un ensanchamiento de la señal de frecuencia de batido y una disminución de la relación señal-ruido. Entonces, ¿cómo 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 respecto al voltaje es que el campo de luz en la guía de ondas presenta una distribución diferente de parámetros pesados y ligeros, y la tasa de cambio de fase varía con el cambio de voltaje. Como se muestra en la siguiente imagen, la región de agotamiento con interferencia pesada cambia menos 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 del ruido, es decir, la frecuencia de modulación. Se observa que la capacidad de supresión de la desintonización es mayor para ruido intenso que para ruido ligero. 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 tenerse en cuenta 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 de 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 se puede mitigar, no curar, y su posible uso en el sistema FMCW requiere verificación experimental. Si se puede utilizar, se logrará la integración del transceptor, lo que ofrece ventajas para la reducción de costos a gran escala.
Fecha de publicación: 18 de marzo de 2024