Silizium-Optikmodulatorfür FMCW
Wie wir alle wissen, ist eine der wichtigsten Komponenten in FMCW-basierten Lidar-Systemen der Hochlinearitätsmodulator. Sein Funktionsprinzip ist in der folgenden Abbildung dargestellt:DP-IQ-ModulatorbasierendEinseitenbandmodulation (SSB), die oberen und unterenMZMArbeiten Sie am Nullpunkt, auf der Straße und im Seitenband von wc+wm und WC-WM, wm ist die Modulationsfrequenz, aber gleichzeitig führt der untere Kanal eine Phasendifferenz von 90 Grad ein, und schließlich wird das Licht von WC-WM aufgehoben, nur der Frequenzverschiebungsterm von wc+wm. In Abbildung b ist LR blau das lokale FM-Chirp-Signal, RX orange ist das reflektierte Signal, und aufgrund des Doppler-Effekts erzeugt das endgültige Schwebungssignal f1 und f2.
Die Entfernung und Geschwindigkeit betragen:
Der folgende Artikel der Shanghai Jiaotong University aus dem Jahr 2021 handelt vonSSBGeneratoren, die FMCW basierend aufSilizium-Lichtmodulatoren.
Die Leistung von MZM wird wie folgt dargestellt: Der Leistungsunterschied zwischen Modulatoren des oberen und unteren Arms ist relativ groß. Das Trägerseitenbandunterdrückungsverhältnis ist mit der Frequenzmodulationsrate unterschiedlich und der Effekt wird mit zunehmender Frequenz schlechter.
In der folgenden Abbildung zeigen die Testergebnisse des Lidar-Systems, dass a/b das Schwebungssignal bei gleicher Geschwindigkeit und unterschiedlicher Entfernung ist und c/d das Schwebungssignal bei gleicher Entfernung und unterschiedlicher Geschwindigkeit ist. Die Testergebnisse erreichten 15 mm und 0,775 m/s.
Hier wird nur die Anwendung von Siliziumoptischer Modulatorfür FMCW wird diskutiert. In der Realität ist die Wirkung des Silizium-Optikmodulators nicht so gut wie die vonLiNO3-Modulator, hauptsächlich weil im optischen Siliziummodulator die Phasenänderung/der Absorptionskoeffizient/die Verbindungskapazität nicht linear zur Spannungsänderung ist, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Das heißt,
Das Leistungsverhältnis derModulatorSystem ist wie folgt
Das Ergebnis ist eine Verstimmung höherer Ordnung:
Dies führt zu einer Verbreiterung des Schwebungsfrequenzsignals und einer Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Wie lässt sich also die Linearität des Silizium-Lichtmodulators verbessern? Hier werden nur die Eigenschaften des Bauelements selbst erörtert, nicht jedoch das Kompensationsschema mit anderen Hilfsstrukturen.
Einer der Gründe für die Nichtlinearität der Modulationsphase mit der Spannung liegt darin, dass das Lichtfeld im Wellenleiter eine unterschiedliche Verteilung schwerer und leichter Parameter aufweist und sich die Phasenänderungsrate mit der Spannungsänderung ändert. Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, ändert sich die Verarmungszone bei starker Interferenz weniger stark als bei leichter Interferenz.
Die folgende Abbildung zeigt die Änderungskurven der Intermodulationsverzerrung dritter Ordnung TID und der harmonischen Verzerrung zweiter Ordnung SHD mit der Konzentration des Störsignals, d. h. der Modulationsfrequenz. Es ist ersichtlich, dass die Unterdrückungswirkung der Verstimmung bei starkem Störsignal höher ist als bei schwachem Störsignal. Daher trägt das Remixen zur Verbesserung der Linearität bei.
Das Obige entspricht der Berücksichtigung von C im RC-Modell von MZM, wobei auch der Einfluss von R berücksichtigt werden sollte. Nachfolgend ist die Änderungskurve von CDR3 mit dem Serienwiderstand dargestellt. Es ist ersichtlich, dass CDR3 umso größer ist, je kleiner der Serienwiderstand ist.
Nicht zuletzt ist die Wirkung des Siliziummodulators nicht unbedingt schlechter als die von LiNbO3. Wie in der Abbildung unten gezeigt, ist CDR3 desSiliziummodulatorwird bei voller Vorspannung durch eine sinnvolle Gestaltung der Struktur und Länge des Modulators höher sein als die von LiNbO3. Die Testbedingungen bleiben konstant.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das strukturelle Design des Silizium-Lichtmodulators nur gemildert, aber nicht verbessert werden kann. Ob er tatsächlich im FMCW-System verwendet werden kann, muss experimentell überprüft werden. Wenn dies tatsächlich möglich ist, kann eine Transceiver-Integration erreicht werden, was Vorteile für eine erhebliche Kostensenkung mit sich bringt.
Veröffentlichungszeit: 18. März 2024