Optischer Siliziummodulator für FMCW

Optischer Siliziummodulatorfür FMCW

Wie wir alle wissen, ist der Modulator mit hoher Linearität eine der wichtigsten Komponenten in FMCW-basierten Lidar-Systemen. Das Funktionsprinzip ist in der folgenden Abbildung dargestellt: VerwendungDP-IQ-ModulatorbasierendEinseitenbandmodulation (SSB), die obere und untereMZMArbeiten am Nullpunkt, auf der Straße und entlang des Seitenbands von wc+wm und WC-WM, wm ist die Modulationsfrequenz, aber gleichzeitig führt der untere Kanal eine Phasendifferenz von 90 Grad ein und schließlich das Licht von WC-WM wird aufgehoben, nur der Frequenzverschiebungsterm von wc+wm. In Abbildung b ist LR blau das lokale FM-Chirp-Signal, RX orange das reflektierte Signal und aufgrund des Doppler-Effekts erzeugt das endgültige Schwebungssignal f1 und f2.

Die Distanz und Geschwindigkeit betragen:

Das Folgende ist ein Artikel, der 2021 von der Shanghai Jiaotong University veröffentlicht wurdeSSBGeneratoren, die FMCW basierend auf implementierenSilizium-Lichtmodulatoren.

Die Leistung von MZM zeigt sich wie folgt: Der Leistungsunterschied zwischen Ober- und Unterarmmodulatoren ist relativ groß. Das Trägerseitenbandunterdrückungsverhältnis unterscheidet sich je nach Frequenzmodulationsrate, und der Effekt wird mit zunehmender Frequenz schlimmer.

In der folgenden Abbildung zeigen die Testergebnisse des Lidar-Systems, dass a/b das Schwebungssignal bei gleicher Geschwindigkeit und unterschiedlichen Entfernungen ist und c/d das Schwebungssignal bei gleicher Entfernung und unterschiedlichen Geschwindigkeiten ist. Die Testergebnisse erreichten 15 mm und 0,775 m/s.

Hier kommt lediglich die Anwendung von Silizium zum Einsatzoptischer Modulatorfür FMCW wird diskutiert. In Wirklichkeit ist die Wirkung eines optischen Siliziummodulators nicht so gut wie die vonLiNO3-ModulatorDies liegt hauptsächlich daran, dass bei einem optischen Siliziummodulator die Phasenänderung/der Absorptionskoeffizient/die Übergangskapazität nichtlinear mit der Spannungsänderung ist, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Das heißt,

Das Ausgangsleistungsverhältnis derModulatorDas System ist wie folgt
Das Ergebnis ist eine Verstimmung hoher 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 diskutieren wir nur die Eigenschaften des Geräts selbst und nicht das Kompensationsschema unter Verwendung anderer Hilfsstrukturen.
Einer der Gründe für die Nichtlinearität der Modulationsphase mit der Spannung liegt darin, dass das Lichtfeld im Wellenleiter eine unterschiedliche Verteilung der schweren und leichten Parameter aufweist und die Phasenänderungsrate mit der Spannungsänderung unterschiedlich ist. Wie im folgenden Bild gezeigt. Der Verarmungsbereich ändert sich bei starker Interferenz weniger 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 Clutters, also der Modulationsfrequenz. Es ist ersichtlich, dass die Unterdrückungsfähigkeit der Verstimmung bei starkem Clutter höher ist als bei leichtem Clutter. Daher trägt das Remixen zur Verbesserung der Linearität bei.

Das Obige entspricht der Berücksichtigung von C im RC-Modell von MZM, und der Einfluss von R sollte ebenfalls berücksichtigt werden. Das Folgende ist die Änderungskurve von CDR3 mit dem Serienwiderstand. 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 vernünftige 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 und nicht geheilt werden kann. Ob er wirklich im FMCW-System verwendet werden kann, muss experimentell überprüft werden. Wenn dies tatsächlich möglich ist, kann eine Transceiver-Integration erreicht werden, was Vorteile hat für eine umfassende Kostenreduzierung.