מודולטור אופטי מסיליקון עבור FMCW

מודולטור אופטי מסיליקוןעבור FMCW

כידוע לכולנו, אחד המרכיבים החשובים ביותר במערכות לידאר מבוססות FMCW הוא מודולטור בעל ליניאריות גבוהה. עקרון הפעולה שלו מוצג באיור הבא:מודולטור DP-IQמְבוּסָסאפנון צדדי יחיד (SSB), העליון והתחתוןMZMעבודה בנקודת אפס, על הכביש ובמורד פס הצד של wc+wm ו-WC-WM, wm הוא תדר המודולציה, אך יחד עם זאת הערוץ התחתון מציג הפרש פאזה של 90 מעלות, ולבסוף האור של WC-WM מבוטל, רק איבר ההסטה של ​​התדר של wc+wm. באיור ב', LR כחול הוא אות ציוץ FM מקומי, RX כתום הוא האות המוחזר, ובשל אפקט דופלר, אות הפעימה הסופי מייצר f1 ו-f2.

המרחק והמהירות הם:

להלן מאמר שפורסם על ידי אוניברסיטת ג'יאוטונג בשנגחאי בשנת 2021, עלSSBגנרטורים המיישמים FMCW המבוסס עלמאפנני אור סיליקון.

ביצועי ה-MZM מוצגים כדלקמן: הפרש הביצועים בין מודולטורי הזרוע העליונה והתחתונה גדול יחסית. יחס דחיית פס הצד של נושא הנושא שונה עם קצב אפנון התדר, וההשפעה תחמיר ככל שהתדר עולה.

באיור הבא, תוצאות הבדיקה של מערכת הלידר מראות ש-a/b הוא אות הפעימה באותה מהירות ובמרחקים שונים, ו-c/d הוא אות הפעימה באותו מרחק ובמהירויות שונות. תוצאות הבדיקה הגיעו ל-15 מ"מ ו-0.775 מטר/שנייה.

כאן, רק יישום של סיליקוןמודולטור אופטיעבור FMCW נדון. במציאות, ההשפעה של מודולטור אופטי מסיליקון אינה טובה כמו זו שלמודולטור LiNO3, בעיקר משום שבמודולטור אופטי מסיליקון, שינוי הפאזה/מקדם הבליעה/קיבול הצומת אינו ליניארי עם שינוי המתח, כפי שמוצג באיור שלהלן:

כלומר,

יחסי כוח המוצא שלאִפְנָןהמערכת היא כדלקמן
התוצאה היא ניתוק מסדר גבוה:

אלה יגרמו להרחבת אות תדר הפעימה ולירידה ביחס אות לרעש. אז מהי הדרך לשפר את הלינאריות של מודולטור האור מסיליקון? כאן אנו דנים רק במאפייני ההתקן עצמו, ולא דנים בתכנית הפיצוי באמצעות מבני עזר אחרים.
אחת הסיבות לאי-לינאריות של פאזת המודולציה עם המתח היא ששדה האור במוליך הגל נמצא בחלוקה שונה של פרמטרים כבדים וקלים וקצב שינוי הפאזה שונה עם שינוי המתח. כפי שמוצג בתמונה הבאה, אזור הדלדול עם הפרעות כבדות משתנה פחות מזה עם הפרעות קלות.

האיור הבא מציג את עקומות השינוי של עיוות הבין-מודולציה מסדר שלישי (TID) ועיוות ההרמוני מסדר שני (SHD) עם ריכוז הרעש, כלומר, תדר המודולציה. ניתן לראות שיכולת הדיכוי של ניתוק הרעש עבור רעש כבד גבוה יותר מזו עבור רעש קל. לכן, ערבוב מחדש מסייע בשיפור הלינאריות.

האמור לעיל שקול להבנת C במודל RC של MZM, ויש לקחת בחשבון גם את השפעת R. להלן עקומת השינוי של CDR3 עם ההתנגדות הטורית. ניתן לראות שככל שההתנגדות הטורית קטנה יותר, כך ה-CDR3 גדול יותר.

לבסוף, אך לא פחות חשוב, ההשפעה של מודולטור הסיליקון אינה בהכרח גרועה יותר מזו של LiNbO3. כפי שמוצג באיור למטה, CDR3 של ה-מודולטור סיליקוןיהיה גבוה יותר מזה של LiNbO3 במקרה של הטיה מלאה באמצעות תכנון סביר של המבנה ואורך המודולטור. תנאי הבדיקה נשארים עקביים.

לסיכום, את התכנון המבני של מודולטור האור מסיליקון ניתן רק למתן, לא לרפא, והאם ניתן באמת להשתמש בו במערכת FMCW דורש אימות ניסיוני, ואם באמת ניתן, אז ניתן להשיג שילוב משדר-מקלט, שיש לה יתרונות להפחתת עלויות בקנה מידה גדול.