מאפנן אופטי סיליקון עבור FMCW

מאפנן אופטי סיליקוןעבור FMCW

כפי שכולנו יודעים, אחד המרכיבים החשובים ביותר במערכות Lidar המבוססות על FMCW הוא מאפנן ליניאריות גבוהה. עקרון העבודה שלו מוצג באיור הבא: שימושאפנן DP-IQמְבוּסָסאפנון פס צד אחד (SSB), העליון והתחתוןMZMעבודה בנקודת אפס, על הכביש ובהמשך הפס הצדדי של wc+wm ו-WC-WM, wm הוא תדר האפנון, אבל באותו זמן הערוץ התחתון מציג 90 מעלות הפרש פאזה, ולבסוף את האור של WC-WM מבוטל, רק טווח הסטת התדר של wc+wm. באיור ב, כחול LR הוא אות הציוץ המקומי של FM, כתום RX הוא האות המוחזר, ובשל אפקט הדופלר, אות הפעימה הסופי מייצר f1 ו-f2.

המרחק והמהירות הם:

להלן מאמר שפורסם על ידי אוניברסיטת שנחאי ג'יאוטונג בשנת 2021, בערךSSBגנרטורים המיישמים FMCW על בסיסמאפננים אור סיליקון.

הביצועים של MZM מוצגים כדלקמן: הפרש הביצועים של מאפננים של זרוע עליונה ותחתונה הוא גדול יחסית. יחס דחיית פס הצד של הספק שונה עם קצב אפנון התדר, והאפקט יחמיר ככל שהתדר גדל.

באיור הבא, תוצאות הבדיקה של מערכת Lidar מראות כי 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 מ"ש.

כאן, רק היישום של סיליקוןמאפנן אופטיעבור FMCW נדון. במציאות, ההשפעה של מאפנן אופטי סיליקון אינה טובה כמו זו שלאפנן LiNO3, בעיקר בגלל שבמאפנן אופטי סיליקון, שינוי הפאזה/מקדם הקליטה/קיבול הצומת אינו ליניארי עם שינוי המתח, כפי שמוצג באיור למטה:

כלומר,

יחסי הספק הפלט שלאִפְנָןהמערכת היא כדלקמן
התוצאה היא ניתוק מסדר גבוה:

אלה יגרמו להרחבת אות תדר הפעימה ולירידה ביחס האות לרעש. אז מהי הדרך לשפר את הליניאריות של מאפנן האור הסיליקון? כאן אנו דנים רק במאפיינים של המכשיר עצמו, ולא דנים בתכנית הפיצוי באמצעות מבני עזר אחרים.
אחת הסיבות לחוסר הליניאריות של שלב האפנון 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 האינטרמודולציה מסדר שלישי TID ושל העיוות ההרמוני מסדר שני SHD עם ריכוז העומס, כלומר, תדר האפנון. ניתן לראות שיכולת הדיכוי של הניתוק עבור עומס כבד גבוהה מזו של עומס קל. לכן, רימיקס עוזר לשפר את הליניאריות.

האמור לעיל מקביל להתחשבות ב-C במודל RC של MZM, ויש לשקול גם את ההשפעה של R. להלן עקומת השינוי של CDR3 עם התנגדות הסדרה. ניתן לראות שככל שההתנגדות בסדרה קטנה יותר, כך ה-CDR3 גדול יותר.

אחרון חביב, ההשפעה של מאפנן הסיליקון אינה בהכרח גרועה מזו של LiNbO3. כפי שמוצג באיור למטה, CDR3 שלאפנן סיליקוןיהיה גבוה יותר מזה של LiNbO3 במקרה של הטיה מלאה באמצעות תכנון סביר של המבנה והאורך של המאפנן. תנאי הבדיקה נשארים עקביים.

לסיכום, העיצוב המבני של מאפנן האור הסיליקון ניתן רק למתן, לא לרפא, ואם באמת ניתן להשתמש בו במערכת FMCW צריך אימות ניסיוני, אם זה באמת יכול להיות, אז זה יכול להשיג אינטגרציה של מקלטי משדר, שיש לו יתרונות להפחתת עלויות בקנה מידה גדול.