Silizium optesche Modulator fir FMCW

Silizium optesche Modulatorfir FMCW

Wéi mir all wëssen, ass eng vun de wichtegste Komponenten an FMCW-baséierte Lidar-Systemer den Héichlinearitéitsmodulator. Säi Funktionsprinzip gëtt an der folgender Figur gewisen: BenotzungDP-IQ ModulatorbaséiertEenzelsäitebandmodulatioun (SSB), den ieweschten an den ënneschtenMZMAarbecht um Nullpunkt, op der Strooss an ënnen am Säiteband vu wc+wm an WC-WM, wm ass d'Modulatiounsfrequenz, awer gläichzäiteg féiert den ënneschte Kanal eng Phasendifferenz vun 90 Grad an, an schliisslech gëtt d'Liicht vu WC-WM ausgeschalt, nëmmen den Frequenzverschiebungsterm vu wc+wm. An der Figur b ass LR blo dat lokalt FM-Chirp-Signal, RX orange ass dat reflektéiert Signal, an duerch den Doppler-Effekt produzéiert dat lescht Beat-Signal f1 an f2.

D'Distanz an d'Geschwindegkeet sinn:

Folgend ass en Artikel, deen 2021 vun der Shanghai Jiaotong Universitéit publizéiert gouf, iwwerSSBGeneratoren, déi FMCW baséiert op implementéierenSilizium Liichtmodulatoren.

D'Leeschtung vum MZM gëtt wéi follegt duergestallt: Den Ënnerscheed an der Leeschtung vun den ieweschten an ënneschten Armmodulatoren ass relativ grouss. D'Ofleenungsverhältnis vum Carrier-Säiteband ënnerscheet sech mat der Frequenzmodulatiounsquote, an den Effekt gëtt méi schlëmm wann d'Frequenz eropgeet.

An der folgender Figur weisen d'Testergebnisse vum Lidar-System, datt a/b de Beatsignal mat der selwechter Geschwindegkeet an op verschiddenen Distanzen ass, an c/d de Beatsignal mat der selwechter Distanz an op verschiddenen Geschwindegkeeten. D'Testergebnisse hunn 15 mm an 0,775 m/s erreecht.

Hei gëtt nëmmen d'Applikatioun vu Silizium benotztoptesche Modulatorfir FMCW gëtt diskutéiert. An der Realitéit ass den Effekt vum Silizium-optesche Modulator net sou gutt wéi dee vunLiNO3 Modulator, haaptsächlech well am Silizium-optesche Modulator d'Phasenännerung/Absorptiounskoeffizient/Verbindungskapazitanz net-linear mat der Spannungsännerung ass, wéi an der Figur hei ënnendrënner gewisen:

Dat ass,

D'Ausgangsleistungsverhältnis vun derModulateurde System ass wéi follegt
D'Resultat ass eng héich Uerdnung vun der Ofstëmmung:

Dëst féiert zu enger Verbreederung vum Beatfrequenzsignal an enger Ofsenkung vum Signal-Rausch-Verhältnis. Wéi kann een also d'Linearitéit vum Silizium-Liichtmodulator verbesseren? Hei diskutéiere mir nëmmen d'Charakteristike vum Apparat selwer, an net d'Kompensatiounsschema mat Hëllef vun aneren Hëllefsstrukturen.
Ee vun de Grënn fir d'Netlinearitéit vun der Modulatiounsphas mat der Spannung ass, datt d'Liichtfeld am Wellenleiter eng aner Verdeelung vu schwéieren a liichten Parameteren huet an d'Phasenännerungsrate sech mat der Ännerung vun der Spannung ënnerscheet. Wéi an der folgender Bild gewisen, ännert sech d'Ofschwächungsregioun mat staarker Interferenz manner wéi déi mat liichter Interferenz.

Déi folgend Figur weist d'Ännerungskurven vun der Intermodulatiounsverzerrung vun drëtter Uerdnung (TID) an der harmonescher Verzerrung vun zweeter Uerdnung (SHD) mat der Konzentratioun vum Clutter, also der Modulatiounsfrequenz. Et ass ze gesinn, datt d'Ënnerdréckungsfäegkeet vun der Verstimmung fir staarkt Clutter méi héich ass wéi fir liicht Clutter. Dofir hëlleft d'Remixing d'Linearitéit ze verbesseren.

Dat Uewendriwwer entsprécht der Berücksichtegung vu C am RC-Modell vun MZM, an den Afloss vun R sollt och berécksiichtegt ginn. Déi folgend ass d'Ännerungskurve vum CDR3 mam Seriewiderstand. Et ass ze gesinn, datt wat méi kleng de Seriewiderstand ass, wat méi grouss den CDR3 ass.

Schlussendlech ass den Effekt vum Siliziummodulator net onbedéngt méi schlecht wéi dee vum LiNbO3. Wéi an der Figur hei ënnendrënner gewisen, ass den CDR3 vumSiliziummodulatorwäert méi héich si wéi dee vu LiNbO3 am Fall vu voller Virspannung duerch e vernünftege Design vun der Struktur an der Längt vum Modulator. D'Testbedingunge bleiwen konsequent.

Zesummegefaasst kann den strukturellen Design vum Silizium-Liichtmodulator nëmme gemildert, net geheelt ginn, an ob e wierklech am FMCW-System ka benotzt ginn, muss experimentell verifizéiert ginn. Wann dat wierklech méiglech ass, da kann en eng Transceiver-Integratioun erreechen, wat Virdeeler fir eng grouss Käschtereduktioun huet.