Bộ điều biến quang học silicon cho FMCW

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: Sử dụngBộ điều chế DP-IQdựa trênđiều chế dải đơn (SSB), phần trên và phần dướiMZMlàm việc tại điểm không, trên đường và xuống dải bên của wc+wm và WC-WM, wm là tần số điều chế, nhưng đồng thời kênh dưới đưa vào độ lệch pha 90 độ, và cuối cùng ánh sáng của WC-WM bị hủy, chỉ có 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, vềSSBmáy 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 của bộ điều chế cánh tay trên và dưới tương đối lớn. Tỷ lệ loại bỏ dải bên của sóng mang khác nhau theo tốc độ điều chế tần số và hiệu ứng sẽ trở nên tệ hơn khi tần số tăng.

Trong hình dưới đây, kết quả thử nghiệm của hệ thống Lidar cho thấy a/b là tín hiệu nhịp ở cùng tốc độ và ở các khoảng cách khác nhau, và 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 ứng dụng siliconbộ điều biến quang họccho FMCW được thảo luận. Trong thực tế, hiệu ứng của bộ điều biến quang silicon không tốt bằngBộ điều biến LiNO3, chủ yếu là do trong bộ điều biến quang silicon, hệ số hấp thụ/thay đổi pha/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 gây ra sự mở rộng của tín hiệu tần số nhịp và làm giảm tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. Vậy cách cải thiện tính tuyến tính của bộ điều biến ánh sáng silicon là gì? Ở đây chúng ta chỉ thảo luận về các đặc điểm của chính thiết bị và không thảo luận về sơ đồ bù trừ sử dụng các cấu trúc phụ trợ khác.
Một trong những lý do cho sự phi tuyến tính của pha điều chế với điện áp là trường ánh sáng trong ống dẫn sóng có sự phân bố khác nhau của các tham số nặng và nhẹ và tốc độ thay đổi pha khác nhau theo sự thay đổi của điện áp. Như thể hiện trong hình ảnh sau. Vùng cạn kiệt với sự giao thoa nặng thay đổi ít hơn so với vùng giao thoa ánh sáng.

Hình sau đây cho thấy đường cong thay đổi của độ méo 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 khả năng triệt tiêu nhiễu điều chế đối với nhiễu nặng cao hơn nhiễu nhẹ. Do đó, việc phối lại giúp cải thiện tính tuyến tính.

Trên đây tương đương với việc xét C trong mô hình RC của MZM, và cũng cần xét đến ảnh hưởng của R. Sau đây là đường cong thay đổi của CDR3 với điện trở nối tiếp. Có thể thấy điện trở nối tiếp càng nhỏ thì 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 độ lệch hoàn toàn 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 nhẹ 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 diện rộng.