Kiseloptisk modulator för FMCW

Kiseloptisk modulatorför FMCW

Som vi alla vet är en av de viktigaste komponenterna i FMCW-baserade Lidar-system höglinjäritetsmodulatorn. Dess arbetsprincip visas i följande figur: AnvändningDP-IQ-modulatorbaseradenkel sidbandsmodulering (SSB), den övre och nedreMZMarbete vid nollpunkten, på vägen och ner längs sidbandet för wc+wm och WC-WM, är wm modulationsfrekvensen, men samtidigt introducerar den nedre kanalen en fasskillnad på 90 grader, och slutligen utsläcks ljuset från WC-WM, endast frekvensförskjutningstermen för wc+wm. I figur b är LR blå den lokala FM-chirp-signalen, RX orange är den reflekterade signalen, och på grund av Doppler-effekten producerar den slutliga slagsignalen f1 och f2.

Avståndet och hastigheten är:

Följande är en artikel publicerad av Shanghai Jiaotong University år 2021, omSSBgeneratorer som implementerar FMCW baserat påkisel ljusmodulatorer.

MZM:s prestanda visas enligt följande: Prestandaskillnaden mellan övre och nedre armmodulatorer är relativt stor. Bärvågens sidbandsavvisningsförhållande varierar med frekvensmoduleringshastigheten, och effekten förvärras ju mer frekvensen ökar.

I följande figur visar testresultaten från Lidar-systemet att a/b är slagsignalen vid samma hastighet och på olika avstånd, och c/d är slagsignalen vid samma avstånd och på olika hastigheter. Testresultaten nådde 15 mm och 0,775 m/s.

Här är det bara appliceringen av kiseloptisk modulatorför FMCW diskuteras. I verkligheten är effekten av en kiseloptisk modulator inte lika bra som den förLiNO3-modulator, främst på grund av att i en optisk modulator av kisel är fasförändringen/absorptionskoefficienten/övergångskapacitansen icke-linjär med spänningsförändringen, såsom visas i figuren nedan:

Som är,

Uteffektförhållandet förmodulatorsystemet är som följer
Resultatet är en hög ordnings avstämning:

Dessa kommer att orsaka en breddning av svävfrekvenssignalen och en minskning av signal-brusförhållandet. Så hur kan man förbättra linjäriteten hos kiselljusmodulatorn? Här diskuterar vi endast egenskaperna hos själva enheten och diskuterar inte kompensationsschemat med hjälp av andra hjälpstrukturer.
En av anledningarna till den icke-linjära moduleringsfasen med spänning är att ljusfältet i vågledaren har olika fördelning av tunga och lätta parametrar och fasändringshastigheten skiljer sig åt med spänningsförändringen. Som visas i följande bild. Utarmningsområdet med kraftig interferens förändras mindre än vid lätt interferens.

Följande figur visar förändringskurvorna för tredje ordningens intermodulationsdistorsion TID och andra ordningens harmoniska distorsion SHD med koncentrationen av klotter, det vill säga modulationsfrekvensen. Det kan ses att undertryckningsförmågan hos avstämningen för kraftigt klotter är högre än för lätt klotter. Därför bidrar remixning till att förbättra linjäriteten.

Ovanstående motsvarar att betrakta C i RC-modellen av MZM, och inverkan av R bör också beaktas. Följande är förändringskurvan för CDR3 med serieresistansen. Det kan ses att ju mindre serieresistansen är, desto större är CDR3.

Sist men inte minst är effekten av kiselmodulatorn inte nödvändigtvis sämre än den av LiNbO3. Som visas i figuren nedan är CDR3 avkiselmodulatorkommer att vara högre än för LiNbO3 vid full förspänning genom rimlig utformning av modulatorns struktur och längd. Testförhållandena förblir konsekventa.

Sammanfattningsvis kan den strukturella designen av kiselljusmodulatorn endast mildras, inte botas, och huruvida den verkligen kan användas i FMCW-systemet behöver verifieras experimentellt. Om det verkligen kan, då kan den uppnå transceiverintegration, vilket har fördelar för storskalig kostnadsminskning.