מודולטור אופטי סיליקון עבור FMCW

מודולטור אופטי סיליקוןעבור FMCW

כידוע לכולנו, אחד המרכיבים החשובים ביותר במערכות LIDAR מבוססות FMCW הוא המודולטור הליניאריות הגבוה. עיקרון העבודה שלו מוצג באיור הבא: שימושמודולטור DP-IQמְבוּסָסאפנון פס צד יחיד (SSB), עליון ותחתוןMZMעבדו בנקודת null, בדרך ובמורד פס הצד של WC+WM ו- WC-WM, WM הוא תדר האפנון, אך יחד עם זאת הערוץ התחתון מציג הפרש שלב של 90 מעלות, ולבסוף אור WC-WM מבטל, רק מונח המשמרת התדרים של WC+WM. באיור B, LR Blue הוא אות ה- CHIRP המקומי של FM, RX Orange הוא האות המשתקף, ובשל אפקט הדופלר, אות הקצב הסופי מייצר F1 ו- F2.

המרחק והמהירות הם:

להלן מאמר שפורסם על ידי אוניברסיטת שנחאי ג'יאוטונג בשנת 2021, אודותSSBגנרטורים המיישמים FMCW על בסיסמודולטורים לאור סיליקון.

הביצועים של MZM מוצגים כדלקמן: הפרש הביצועים של מודולטורי הזרוע העליונים והתחתונים הוא גדול יחסית. יחס דחיית הצד הצדדי של המנשא שונה עם קצב אפנון התדרים, וההשפעה תחמיר ככל שהתדר יגדל.

באיור הבא, תוצאות הבדיקה של מערכת LIDAR מראות כי A/B הוא אות הביט באותה מהירות ובמרחקים שונים, ו- C/D הוא אות הביט באותו מרחק ובמהירויות שונות. תוצאות הבדיקה הגיעו ל 15 מ"מ ו -0.775 מ ' /שניות.

כאן, רק יישום הסיליקוןמודולטור אופטישכן FMCW נדון. במציאות, ההשפעה של מודולטור אופטי סיליקון אינה טובה כמו זו שלמודולטור LINO3, בעיקר מכיוון שבמודולטור אופטי סיליקון, קיבול השינוי/ספיגת השלב/קיבול הצומת אינו ליניארי עם שינוי המתח, כפי שמוצג באיור שלהלן:

כלומר,

יחסי כוח הפלט שלאִפְנָןהמערכת היא כדלקמן
התוצאה היא התנתקות מסדר גבוה:

אלה יגרמו להרחבת אות תדר הקצב והירידה ביחס האות לרעש. אז מה הדרך לשפר את הליניאריות של מודולטור האור הסיליקון? כאן אנו דנים רק במאפייני המכשיר עצמו ואנחנו לא דנים בתכנית הפיצויים באמצעות מבני עזר אחרים.
אחת הסיבות לאי-ליניאריות של שלב האפנון עם המתח היא ששדה האור במוליך הגל הוא בהתפלגות שונה של פרמטרים כבדים וקלים וקצב שינוי הפאזה שונה עם שינוי המתח. כפי שמוצג בתמונה הבאה. אזור ההידלדלות עם הפרעות כבדות משתנה פחות מזה עם הפרעות קלות.

האיור הבא מציג את עקומות השינוי של עיוות הבין-מודולציה של הסדר השלישי TID והעיוות ההרמוני מסדר שני SHD עם ריכוז העומס, כלומר תדר האפנון. ניתן לראות כי יכולת הדיכוי של הניתוק לעומס כבד גבוהה מזו של העומס הקל. לכן, רמיקסינג מסייע בשיפור הליניאריות.

האמור לעיל שווה לשקול C במודל ה- RC של MZM, ויש לקחת בחשבון גם את השפעת R. להלן עקומת השינוי של CDR3 עם התנגדות הסדרה. ניתן לראות שככל שהתנגדות הסדרה קטנה יותר, כך ה- CDR3 גדול יותר.

אחרון חביב, ההשפעה של מודולטור הסיליקון אינה בהכרח גרועה מזו של LINBO3. כפי שמוצג באיור למטה, cdr3 שלמודולטור סיליקוןיהיה גבוה מזה של LINBO3 במקרה של הטיה מלאה באמצעות תכנון סביר של המבנה ואורך המודולטור. תנאי הבדיקה נשארים עקביים.

לסיכום, ניתן להקל על התכנון המבני של מודולטור האור הסיליקון רק, ולא לרפא אותו, והאם באמת ניתן להשתמש בו במערכת FMCW זקוקה לאימות ניסיוני, אם זה יכול להיות באמת, אז הוא יכול להשיג שילוב משדר, שיש לו יתרונות להפחתת עלות בקנה מידה גדול.