Bộ điều biến quang học silicon cho FMCW

Bộ điều biến quang học silicondành cho 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 làm việc của nó được thể hiện trong hình sau: Sử dụngBộ điều biến DP-IQdựa trênđiều chế dải biên đơn (SSB), trên và dướiMZMhoạt động ở điểm null, trên đường và xuống dải bên của wc+wm và WC-WM, wm là tần số điều chế, nhưng đồng thời kênh thấp hơn đưa ra độ lệch pha 90 độ và cuối cùng là ánh sáng của WC-WM bị hủy bỏ, chỉ có phần dịch tần số của wc+wm. Trong Hình b, màu xanh lam LR là tín hiệu chirp FM cục bộ, màu cam RX là tín hiệu phản xạ và do hiệu ứng Doppler, tín hiệu nhịp cuối cùng tạo ra f1 và f2.

Quãng đường và vận tốc là:

Sau đây là bài viết do Đại học Giao thông Thượng Hải xuất bản năm 2021, vềSSBmáy phát điện triển khai FMCW dựa trênbộ điều biến ánh sáng silicon.

Hiệu suất của MZM được thể hiện như sau: Sự khác biệt về hiệu suất của bộ điều biến nhánh trên và nhánh dưới là tương đối lớn. Tỷ lệ loại bỏ dải biên sóng mang khác với tốc độ điều chế tần số và hiệu ứng sẽ trở nên tồi tệ hơn khi tần số tăng.

Trong hình dưới đây, kết quả kiểm tra hệ thống Lidar cho thấy a/b là tín hiệu nhịp ở cùng tốc độ và ở các khoảng cách khác nhau, còn c/d là tín hiệu nhịp ở cùng khoảng cách và ở các tốc độ khác nhau. Kết quả thử nghiệm đạt 15mm và 0,775m/s.

Ở đây chỉ có ứng dụng của siliconbộ điều biến quangcho FMCW đã được thảo luận. Trong thực tế, tác dụng của bộ điều biến quang silicon không tốt bằngbộ điều chế LiNO3, chủ yếu là do trong bộ điều biến quang silicon, hệ số thay đổi pha/hệ số hấp thụ/điện dung tiếp giáp là phi tuyến tính với sự thay đổi điện áp, như trong hình bên dưới:

Đó là,

Mối quan hệ công suất đầu ra củabộ điều biếnhệ thống như sau
Kết quả là độ lệch trật bậc cao:

Những điều này sẽ làm mở rộng tín hiệu tần số nhịp và giảm tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm. Vậy đâu là cách 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 và không thảo luận về sơ đồ bù bằng các cấu trúc phụ trợ khác.
Một trong những nguyên nhân dẫn đến tính phi tuyến tính của pha điều chế với điện áp là do trường ánh sáng trong ống dẫn sóng có sự phân bố khác nhau của các tham số nặng và nhẹ và tốc độ chuyển pha cũng khác nhau khi thay đổi điện áp. Như thể hiện trong hình ảnh sau đây. Vùng cạn kiệt có nhiễu nặng thay đổi ít hơn vùng có nhiễu nhẹ.

Hình dưới đây cho thấy các đường cong thay đổi của biến dạng xuyên điều chế bậc ba TID và biến dạng hài bậc hai SHD với nồng độ của nhiễu, tức là tần số điều chế. Có thể thấy, khả năng triệt tiêu độ lệch đối với nhiễu nặng cao hơn khả năng khử lệch đối với nhiễu nhẹ. Vì vậy, việc phối lại 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 với 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 hẳn là kém hơn LiNbO3. Như thể hiện trong hình bên dưới, CDR3 củabộ điều biến siliconsẽ cao hơn LiNbO3 trong trường hợp sai lệch hoàn toàn thông qua thiết kế hợp lý về cấu trúc và chiều dài của bộ điều biến. Điều kiện kiểm tra 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 xử lý được và liệu nó có thực sự có thể được sử dụng trong hệ thống FMCW hay không cần xác minh bằng thực nghiệm, nếu thực sự có thể thì nó có thể đạt được tích hợp thu phát, điều này có ưu điểm nhằm giảm chi phí trên quy mô lớn.