Bộ điều biến quang silicon cho FMCW

Bộ điều biến quang siliconcho FMCW

Như chúng ta đã biết, một trong những thành phần quan trọng nhất trong các 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: Sử dụngBộ điều biến DP-IQdựa trênđiều chế biên đơn (SSB)phần trên và phần dướiMZMHoạt động tại điểm không, trên đường và xuống dải tần phụ của wc+wm và WC-WM, wm là tần số điều chế, nhưng đồng thời kênh thấp hơn tạo ra độ lệch pha 90 độ, và cuối cùng ánh sáng của WC-WM bị triệt tiêu, chỉ còn lại thành phần dịch chuyển 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 giao thoa cuối cùng tạo ra f1 và f2.

Khoảng cách và tốc độ là:

Sau đây là một bài báo được Đại học Giao thông Thượng Hải xuất bản năm 2021, về...SSBmáy 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 biến nhánh trên và nhánh dưới tương đối lớn. Tỷ lệ loại bỏ dải biên sóng mang khác nhau tùy thuộc vào tốc độ điều biến tần số, và hiệu ứng này sẽ trở nên tồi tệ hơn khi tần số tăng lên.

Hình dưới đây thể hiện kết quả thử nghiệm của hệ thống Lidar, trong đó a/b là tín hiệu xung nhịp ở cùng tốc độ và khoảng cách khác nhau, còn c/d là tín hiệu xung nhịp ở cùng khoảng cách và tốc độ khác nhau. Kết quả thử nghiệm đạt được độ chính xác 15mm và 0,775m/s.

Ở đây, chỉ có ứng dụng siliconbộ điều biến quang họcĐối với FMCW, vấn đề được thảo luận. Trên thực tế, hiệu quả của bộ điều biến quang silicon không tốt bằng hiệu quả của...Bộ điều biến LiNO3Chủ yếu là vì trong bộ điều biến quang học silicon, sự thay đổi pha/hệ số hấp thụ/điện dung mối nối không tuyến tính với sự thay đổi điện áp, như thể hiện trong hình dưới đây:

Tức là,

Mối quan hệ công suất đầu ra củabộ điều biếnHệ thống như sau:
Kết quả là sự lệch tần số bậc cao:

Những yếu tố này sẽ gây ra hiện tượng mở rộng tín hiệu tần số xung và giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. Vậy làm thế nào để cải thiện tính tuyến tính của bộ điều biến ánh sáng silicon? Ở đây chúng ta chỉ thảo luận về các đặc tính của chính thiết bị, chứ không bàn đến phương án bù trừ bằng cách sử dụng các cấu trúc phụ trợ khác.
Một trong những lý do dẫn đến tính phi tuyến tính của pha điều biến theo điện áp là do 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 hình ảnh bên dưới cho thấy, vùng suy giảm với nhiễu nặng thay đổi ít hơn so với vùng suy giảm với nhiễu nhẹ.

Hình dưới đây thể hiện đường cong biến thiên của méo xuyên điều chế bậc ba (TID) và 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 tần số cao hơn so với nhiễu lệch tần số thấp. Do đó, việc phối lại tín hiệu giúp cải thiện tính tuyến tính.

Điều trên tương đương với việc xem xét C trong mô hình RC của MZM, và ảnh hưởng của R cũng cần được xem xét. Sau đây là đường cong biến thiên của CDR3 theo điện trở nối tiếp. Có thể thấy rằng điện trở nối tiếp càng nhỏ thì CDR3 càng lớn.

Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, tác dụng của bộ điều biến silicon không nhất thiết phải kém hơn so với LiNbO3. Như hình dưới đây cho thấy, CDR3 củabộ điều biến siliconHiệu suất sẽ cao hơn so với LiNbO3 trong trường hợp phân cực đầy đủ thông qua thiết kế hợp lý về cấu trúc và chiều dài của bộ điều biến. 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 hoàn toàn, và liệu nó có thực sự có thể được sử dụng trong hệ thống FMCW hay không cần phải được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Nếu thực sự có thể, thì nó có thể đạt được sự tích hợp bộ thu phát, điều này có lợi cho việc giảm chi phí trên quy mô lớn.