Bộ điều biến quang học siliconcho FMCW
Như chúng ta đã biết, một trong những thành phần quan trọng nhất trong hệ thống Lidar dựa trên FMCW là bộ điều biến tuyến tính cao. Nguyên lý hoạt động của nó được thể hiện trong hình sau:Bộ điều biến DP-IQdựa trênđiều chế dải biên đơn (SSB), phần trên và phần dướiMZMlàm việc tại điểm không, trên đường và xuống dải biên của wc+wm và WC-WM, wm là tần số điều chế, nhưng đồng thời kênh dưới tạo ra độ lệch pha 90 độ, và cuối cùng ánh sáng của WC-WM bị triệt tiêu, chỉ còn lại phần dịch tần số của wc+wm. Trong Hình b, LR màu xanh lam là tín hiệu chirp FM cục bộ, RX màu cam là tín hiệu phản xạ, và do hiệu ứng Doppler, tín hiệu nhịp cuối cùng tạo ra f1 và f2.
Khoảng cách và vận tốc là:
Sau đây là bài viết được Đại học Giao thông Thượng Hải xuất bản năm 2021, vềSSBcác máy phát điện thực hiện FMCW dựa trênbộ điều biến ánh sáng silicon.
Hiệu suất của MZM được thể hiện như sau: Sự khác biệt về hiệu suất giữa bộ điều chế cánh tay trên và cánh tay dưới tương đối lớn. Tỷ lệ loại bỏ dải biên sóng mang khác nhau tùy thuộc vào tốc độ điều chế tần số, và hiệu ứng sẽ trở nên kém hơn khi tần số tăng.
Trong hình dưới đây, kết quả thử nghiệm hệ thống Lidar cho thấy a/b là tín hiệu nhịp đập ở cùng tốc độ và ở các khoảng cách khác nhau, còn c/d là tín hiệu nhịp đập ở cùng khoảng cách và ở các tốc độ khác nhau. Kết quả thử nghiệm đạt 15mm và 0,775m/s.
Ở đây, chỉ ứng dụng siliconbộ điều biến quang họccho FMCW được thảo luận. Trên thực tế, hiệu quả của bộ điều biến quang silicon không tốt bằngBộ điều biến LiNO3, chủ yếu là do trong bộ điều biến quang silicon, hệ số thay đổi pha/hấp thụ/điện dung tiếp giáp không tuyến tính với sự thay đổi điện áp, như thể hiện trong hình bên dưới:
Nghĩa là,
Mối quan hệ công suất đầu ra củabộ điều biếnhệ thống như sau
Kết quả là sự lệch pha bậc cao:
Những điều này sẽ làm tín hiệu tần số nhịp bị mở rộng và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu giảm. Vậy làm thế nào để cải thiện tính tuyến tính của bộ điều biến ánh sáng silicon? Ở đây, chúng tôi chỉ thảo luận về các đặc tính của chính thiết bị, chứ không thảo luận về sơ đồ bù trừ sử dụng các cấu trúc phụ trợ khác.
Một trong những lý do dẫn đến tính phi tuyến của pha điều chế với điện áp là trường ánh sáng trong ống dẫn sóng có sự phân bố khác nhau giữa các tham số nặng và nhẹ, và tốc độ thay đổi pha cũng khác nhau khi điện áp thay đổi. Như thể hiện trong hình dưới đây, vùng nghèo với nhiễu mạnh thay đổi ít hơn vùng nghèo với nhiễu nhẹ.
Hình dưới đây cho thấy đường cong thay đổi của độ méo xuyên điều chế bậc ba TID và độ méo hài bậc hai SHD theo nồng độ nhiễu, tức là tần số điều chế. Có thể thấy rằng khả năng triệt tiêu nhiễu lệch pha đối với nhiễu mạnh cao hơn nhiễu nhẹ. Do đó, việc phối trộn giúp cải thiện tính tuyến tính.
Điều trên tương đương với việc xem xét C trong mô hình RC của MZM, và cũng cần xem xét ảnh hưởng của R. Sau đây là đường cong thay đổi của CDR3 theo điện trở nối tiếp. Có thể thấy rằng điện trở nối tiếp càng nhỏ, CDR3 càng lớn.
Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, hiệu ứng của bộ điều biến silicon không nhất thiết tệ hơn hiệu ứng của LiNbO3. Như thể hiện trong hình bên dưới, CDR3 củabộ điều biến siliconsẽ cao hơn LiNbO3 trong trường hợp phân cực toàn phần nhờ thiết kế hợp lý về cấu trúc và chiều dài của bộ điều biến. Các điều kiện thử nghiệm vẫn nhất quán.
Tóm lại, thiết kế cấu trúc của bộ điều biến ánh sáng silicon chỉ có thể được giảm thiểu chứ không thể khắc phục được, và liệu nó có thực sự có thể được sử dụng trong hệ thống FMCW hay không cần phải xác minh bằng thực nghiệm. Nếu thực sự có thể, thì nó có thể đạt được tích hợp bộ thu phát, có lợi thế là giảm chi phí trên quy mô lớn.
Thời gian đăng: 18-03-2024