Silicijev optični modulator za FMCW

Silicijev optični modulatorza FMCW

Kot vsi vemo, je ena najpomembnejših komponent v lidarskih sistemih, ki temeljijo na FMCW, visokolinearni modulator. Njegovo načelo delovanja je prikazano na naslednji sliki: UporabaDP-IQ modulatortemeljimodulacija z enim stranskim pasom (SSB), zgornji in spodnjiMZMDeluje v ničelni točki, na cesti in po stranskem pasu wc+wm in WC-WM, wm je modulacijska frekvenca, hkrati pa spodnji kanal uvaja fazno razliko 90 stopinj, in končno se svetloba WC-WM izniči, le člen frekvenčnega premika wc+wm. Na sliki b je modri LR lokalni FM signal čirpanja, oranžni RX je odbiti signal, in zaradi Dopplerjevega efekta končni signal utripa ustvari f1 in f2.

Razdalja in hitrost sta:

Sledi članek, ki ga je leta 2021 objavila Univerza Jiaotong v Šanghaju, oSSBgeneratorji, ki izvajajo FMCW na podlagisilicijevi modulatorji svetlobe.

Zmogljivost MZM je prikazana na naslednji način: Razlika v zmogljivosti modulatorjev zgornje in spodnje roke je relativno velika. Razmerje zavrnitve stranskega pasu nosilca se razlikuje glede na stopnjo frekvenčne modulacije, učinek pa se bo poslabšal z naraščanjem frekvence.

Na naslednji sliki so prikazani rezultati testiranja sistema Lidar, ki kažejo, da je a/b signal utripanja pri enaki hitrosti in različnih razdaljah, c/d pa signal utripanja pri enaki razdalji in različnih hitrostih. Rezultati testiranja so dosegli 15 mm in 0,775 m/s.

Tukaj je samo uporaba silicijaoptični modulatorza FMCW je obravnavana. V resnici učinek silicijevega optičnega modulatorja ni tako dober kot učinekLiNO3 modulator, predvsem zato, ker je v silicijevem optičnem modulatorju fazna sprememba/koeficient absorpcije/kapaciteta spoja nelinearna s spremembo napetosti, kot je prikazano na spodnji sliki:

To pomeni,

Razmerje med izhodno močjomodulatorsistem je naslednji
Rezultat je razglasitev višjega reda:

To bo povzročilo razširitev signala frekvence utripanja in zmanjšanje razmerja signal/šum. Kako torej izboljšati linearnost silicijevega modulatorja svetlobe? Tukaj obravnavamo le značilnosti same naprave in ne sheme kompenzacije z uporabo drugih pomožnih struktur.
Eden od razlogov za nelinearnost modulacije faze z napetostjo je, da ima svetlobno polje v valovodu različno porazdelitev težkih in lahkih parametrov, hitrost spremembe faze pa se razlikuje s spremembo napetosti. Kot je prikazano na naslednji sliki, se območje osiromašenja pri močni interferenci spreminja manj kot pri lahki interferenci.

Naslednja slika prikazuje krivulji sprememb intermodulacijskega popačenja tretjega reda TID in harmoničnega popačenja drugega reda SHD s koncentracijo motenj, torej modulacijsko frekvenco. Vidimo lahko, da je sposobnost dušenja razglasitve pri močnih motečih zvokih večja kot pri lahkih motečih zvokih. Zato ponovno mešanje pomaga izboljšati linearnost.

Zgornje je enakovredno upoštevanju C v RC modelu MZM, upoštevati pa je treba tudi vpliv R. Sledi krivulja spremembe CDR3 z zaporedno upornostjo. Vidimo lahko, da manjši kot je zaporedni upor, večji je CDR3.

Nenazadnje učinek silicijevega modulatorja ni nujno slabši od učinka LiNbO3. Kot je prikazano na spodnji sliki, CDR3 odsilicijev modulatorbo v primeru polne pristranskosti zaradi razumne zasnove strukture in dolžine modulatorja višja kot pri LiNbO3. Preskusni pogoji ostanejo nespremenjeni.

Skratka, strukturno zasnovo silicijevega svetlobnega modulatorja je mogoče le ublažiti, ne pa tudi odpraviti, in ali ga je res mogoče uporabiti v sistemu FMCW, je treba eksperimentalno preveriti. Če je res mogoče, lahko doseže integracijo oddajnika-sprejemnika, kar ima prednosti za zmanjšanje stroškov v velikem obsegu.