Křemíkový optický modulátorpro FMCW
Jak všichni víme, jednou z nejdůležitějších součástí lidarových systémů založených na FMCW je modulátor s vysokou linearitou. Jeho princip fungování je znázorněn na následujícím obrázku: PoužitíModulátor DP-IQzaloženomodulace s jedním postranním pásmem (SSB), horní a dolníMZMPracuje v nulovém bodě, na silnici a v postranním pásmu wc+wm a WC-WM, wm je modulační frekvence, ale zároveň spodní kanál zavádí fázový posun 90 stupňů a nakonec je světlo WC-WM zrušeno, pouze člen frekvenčního posunu wc+wm. Na obrázku b je modrý LR lokální FM signál chirp, oranžový RX je odražený signál a v důsledku Dopplerova jevu konečný signál zázraku produkuje f1 a f2.
Vzdálenost a rychlost jsou:
Následuje článek publikovaný Šanghajskou univerzitou Jiaotong v roce 2021 oSSBgenerátory, které implementují FMCW na základěkřemíkové modulátory světla.
Výkon MZM je znázorněn následovně: Rozdíl ve výkonu modulátorů horního a dolního ramene je relativně velký. Poměr potlačení postranního pásma nosné se liší s rychlostí modulace frekvence a efekt se zhoršuje s rostoucí frekvencí.
Na následujícím obrázku jsou výsledky testů systému Lidar znázorněny tak, že a/b je signál tepu při stejné rychlosti a v různých vzdálenostech a c/d je signál tepu ve stejné vzdálenosti a při různých rychlostech. Výsledky testů dosáhly 15 mm a rychlosti 0,775 m/s.
Zde pouze použití křemíkuoptický modulátorpro FMCW je diskutováno. Ve skutečnosti není účinek křemíkového optického modulátoru tak dobrý jako uModulátor LiNO3, a to hlavně proto, že v křemíkovém optickém modulátoru je fázová změna/absorpční koeficient/kapacita přechodu nelineární se změnou napětí, jak je znázorněno na obrázku níže:
To znamená,
Vztah výstupního výkonumodulátorsystém je následující
Výsledkem je rozladění vyššího řádu:
To způsobí rozšíření signálu frekvence pulzů a snížení poměru signálu k šumu. Jak tedy zlepšit linearitu křemíkového modulátoru světla? Zde se budeme zabývat pouze vlastnostmi samotného zařízení a nebudeme se zabývat kompenzačním schématem s využitím dalších pomocných struktur.
Jedním z důvodů nelinearity modulace fáze s napětím je to, že světelné pole ve vlnovodu má odlišné rozložení těžkých a světlých parametrů a rychlost fázové změny se liší se změnou napětí. Jak je znázorněno na následujícím obrázku. Oblast ochuzení se silnou interferencí se mění méně než oblast se slabou interferencí.
Následující obrázek ukazuje křivky změn intermodulačního zkreslení třetího řádu TID a harmonického zkreslení druhého řádu SHD s koncentrací rušení, tj. modulační frekvencí. Je vidět, že schopnost potlačení rozladění pro silné rušení je vyšší než pro lehké rušení. Remixování proto pomáhá zlepšit linearitu.
Výše uvedené je ekvivalentní uvažování C v RC modelu MZM a je třeba zohlednit také vliv R. Následuje křivka změny CDR3 v závislosti na sériovém odporu. Je vidět, že čím menší je sériový odpor, tím větší je CDR3.
V neposlední řadě, účinek křemíkového modulátoru nemusí být nutně horší než účinek LiNbO3. Jak je znázorněno na obrázku níže, CDR3 modulátoru...křemíkový modulátorbude vyšší než u LiNbO3 v případě plného předpětí díky rozumnému návrhu struktury a délky modulátoru. Zkušební podmínky zůstávají konzistentní.
Stručně řečeno, strukturální návrh křemíkového modulátoru světla lze pouze zmírnit, nikoli vyléčit, a to, zda jej lze skutečně použít v systému FMCW, vyžaduje experimentální ověření. Pokud ano, pak lze dosáhnout integrace transceiveru, což má výhody pro rozsáhlé snížení nákladů.
Čas zveřejnění: 18. března 2024