Silikon na optical modulator para sa FMCW

Modulator na optikal ng silikonpara sa FMCW

Gaya ng alam nating lahat, isa sa pinakamahalagang bahagi sa mga sistemang Lidar na nakabatay sa FMCW ay ang high linearity modulator. Ang prinsipyo ng paggana nito ay ipinapakita sa sumusunod na pigura: PaggamitModulator ng DP-IQbataymodyul na may iisang sideband (SSB), ang itaas at ibabang bahagiMZMGumagana sa null point, sa kalsada at pababa sa side band ng wc+wm at WC-WM, ang wm ay ang modulation frequency, ngunit kasabay nito, ang mas mababang channel ay nagpapakilala ng 90 degrees phase difference, at sa huli, ang liwanag ng WC-WM ay kinansela, tanging ang frequency shift term ng wc+wm lamang. Sa Figure b, ang LR blue ay ang local FM chirp signal, ang RX orange ay ang reflected signal, at dahil sa Doppler effect, ang final beat signal ay naglalabas ng f1 at f2.

Ang distansya at bilis ay:

Ang sumusunod ay isang artikulong inilathala ng Shanghai Jiaotong University noong 2021, tungkol saSSBmga generator na nagpapatupad ng FMCW batay samga modulator ng ilaw na silikon.

Ang pagganap ng MZM ay ipinapakita tulad ng sumusunod: Medyo malaki ang pagkakaiba sa pagganap ng mga upper at lower arm modulator. Ang carrier sideband rejection ratio ay iba sa rate ng frequency modulation, at ang epekto ay lalala habang tumataas ang frequency.

Sa sumusunod na pigura, ipinapakita ng mga resulta ng pagsubok ng sistemang Lidar na ang a/b ay ang beat signal sa parehong bilis at sa iba't ibang distansya, at ang c/d ay ang beat signal sa parehong distansya at sa iba't ibang bilis. Ang mga resulta ng pagsubok ay umabot sa 15mm at 0.775m/s.

Dito, tanging ang paggamit ng siliconmodulator na optikalpara sa FMCW ay tinalakay. Sa katotohanan, ang epekto ng silicon optical modulator ay hindi kasinghusay ng saModulator ng LiNO3, pangunahin dahil sa silicon optical modulator, ang phase change/absorption coefficient/junction capacitance ay non-linear kasabay ng pagbabago ng boltahe, gaya ng ipinapakita sa pigura sa ibaba:

Iyon ay,

Ang ugnayan ng lakas ng output ngmodulatorang sistema ay ang mga sumusunod
Ang resulta ay isang mataas na order detuning:

Ang mga ito ay magdudulot ng paglawak ng beat frequency signal at pagbaba ng signal-to-noise ratio. Kaya ano ang paraan upang mapabuti ang linearity ng silicon light modulator? Dito ay tatalakayin lamang natin ang mga katangian ng device mismo, at hindi tatalakayin ang compensation scheme gamit ang iba pang auxiliary structures.
Isa sa mga dahilan ng non-linearity ng modulation phase na may boltahe ay ang light field sa waveguide ay nasa magkaibang distribusyon ng heavy at light parameters at ang phase change rate ay iba kasabay ng pagbabago ng boltahe. Gaya ng ipinapakita sa sumusunod na larawan, ang depletion region na may heavy interference ay hindi gaanong nagbabago kumpara sa light interference.

Ang sumusunod na pigura ay nagpapakita ng mga kurba ng pagbabago ng third-order intermodulation distortion TID at ng second-order harmonic distortion SHD na may konsentrasyon ng clutter, ibig sabihin, ang modulation frequency. Makikita na ang kakayahan ng pagpigil ng detuning para sa heavy clutter ay mas mataas kaysa sa light clutter. Samakatuwid, ang remixing ay nakakatulong upang mapabuti ang linearity.

Ang nasa itaas ay katumbas ng pagsasaalang-alang sa C sa modelong RC ng MZM, at dapat ding isaalang-alang ang impluwensya ng R. Ang sumusunod ay ang kurba ng pagbabago ng CDR3 kasama ang series resistance. Makikita na mas maliit ang series resistance, mas malaki ang CDR3.

Panghuli ngunit hindi pinakamahalaga, ang epekto ng silicon modulator ay hindi naman nangangahulugang mas malala kaysa sa LiNbO3. Gaya ng ipinapakita sa pigura sa ibaba, ang CDR3 ngmodulator ng silikonay magiging mas mataas kaysa sa LiNbO3 sa kaso ng ganap na bias sa pamamagitan ng makatwirang disenyo ng istraktura at haba ng modulator. Ang mga kondisyon ng pagsubok ay nananatiling pare-pareho.

Sa buod, ang estruktural na disenyo ng silicon light modulator ay maaari lamang mapagaan, hindi mapagaling, at kung maaari ba talaga itong gamitin sa sistemang FMCW ay nangangailangan ng eksperimental na pagpapatunay, kung maaari nga ba talaga itong gamitin, makakamit nito ang integrasyon ng transceiver, na may mga bentahe para sa malawakang pagbawas ng gastos.