Οπτικός διαμορφωτής πυριτίου για FMCW

Οπτικός διαμορφωτής πυριτίουγια την FMCW

Όπως όλοι γνωρίζουμε, ένα από τα πιο σημαντικά εξαρτήματα στα συστήματα Lidar που βασίζονται σε FMCW είναι ο διαμορφωτής υψηλής γραμμικότητας. Η αρχή λειτουργίας του φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα: ΧρήσηΔιαμορφωτής DP-IQμε βάσηδιαμόρφωση μίας πλευρικής ζώνης (SSB), το άνω και το κάτωΜΖΜΕργασία στο μηδενικό σημείο, στο δρόμο και κάτω από την πλευρική ζώνη των wc+wm και WC-WM, το wm είναι η συχνότητα διαμόρφωσης, αλλά ταυτόχρονα το κάτω κανάλι εισάγει διαφορά φάσης 90 μοιρών, και τελικά το φως του WC-WM ακυρώνεται, μόνο ο όρος μετατόπισης συχνότητας του wc+wm. Στο Σχήμα β, το μπλε LR είναι το τοπικό σήμα τσιρίσματος FM, το πορτοκαλί RX είναι το ανακλώμενο σήμα, και λόγω του φαινομένου Doppler, το τελικό σήμα παλμού παράγει f1 και f2.

Η απόσταση και η ταχύτητα είναι:

Το ακόλουθο είναι ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε από το Πανεπιστήμιο Shanghai Jiaotong το 2021, σχετικά μεSSBγεννήτριες που εφαρμόζουν FMCW με βάσηδιαμορφωτές φωτός πυριτίου.

Η απόδοση του MZM παρουσιάζεται ως εξής: Η διαφορά απόδοσης των διαμορφωτών άνω και κάτω βραχίονα είναι σχετικά μεγάλη. Ο λόγος απόρριψης πλευρικής ζώνης φέροντος διαφέρει με τον ρυθμό διαμόρφωσης συχνότητας και το αποτέλεσμα θα χειροτερεύει καθώς αυξάνεται η συχνότητα.

Στο παρακάτω σχήμα, τα αποτελέσματα των δοκιμών του συστήματος Lidar δείχνουν ότι το a/b είναι το σήμα παλμού στην ίδια ταχύτητα και σε διαφορετικές αποστάσεις, και το c/d είναι το σήμα παλμού στην ίδια απόσταση και σε διαφορετικές ταχύτητες. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έφτασαν τα 15 mm και τα 0,775 m/s.

Εδώ, μόνο η εφαρμογή του πυριτίουοπτικός διαμορφωτήςγια το FMCW συζητείται. Στην πραγματικότητα, η επίδραση του οπτικού διαμορφωτή πυριτίου δεν είναι τόσο καλή όσο αυτή τουΔιαμορφωτής LiNO3, κυρίως επειδή στον οπτικό διαμορφωτή πυριτίου, η αλλαγή φάσης/συντελεστής απορρόφησης/χωρητικότητα σύνδεσης είναι μη γραμμική με την αλλαγή τάσης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Ήτοι,

Η σχέση ισχύος εξόδου τουρυθμιστήςτο σύστημα έχει ως εξής
Το αποτέλεσμα είναι μια αποσυντονισμός υψηλής τάξης:

Αυτά θα προκαλέσουν τη διεύρυνση του σήματος συχνότητας παλμού και τη μείωση του λόγου σήματος προς θόρυβο. Ποιος είναι λοιπόν ο τρόπος βελτίωσης της γραμμικότητας του διαμορφωτή φωτός πυριτίου; Εδώ συζητάμε μόνο τα χαρακτηριστικά της ίδιας της συσκευής και δεν συζητάμε το σχήμα αντιστάθμισης χρησιμοποιώντας άλλες βοηθητικές δομές.
Ένας από τους λόγους για τη μη γραμμικότητα της φάσης διαμόρφωσης με την τάση είναι ότι το φωτεινό πεδίο στον κυματοδηγό έχει διαφορετική κατανομή βαρέων και ελαφρών παραμέτρων και ο ρυθμός αλλαγής φάσης είναι διαφορετικός με την αλλαγή της τάσης. Όπως φαίνεται στην ακόλουθη εικόνα. Η περιοχή εξάντλησης με βαριά παρεμβολή αλλάζει λιγότερο από αυτή με φωτεινή παρεμβολή.

Το ακόλουθο σχήμα δείχνει τις καμπύλες μεταβολής της παραμόρφωσης ενδοδιαμόρφωσης τρίτης τάξης TID και της αρμονικής παραμόρφωσης δεύτερης τάξης SHD με τη συγκέντρωση της θορύβου, δηλαδή τη συχνότητα διαμόρφωσης. Μπορεί να φανεί ότι η ικανότητα καταστολής της αποσυντονισμού για έντονη θορύβους είναι υψηλότερη από αυτή για ελαφριά θορύβους. Επομένως, η αναμίξη βοηθά στη βελτίωση της γραμμικότητας.

Τα παραπάνω ισοδυναμούν με την εξέταση του C στο μοντέλο RC του MZM, και θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η επίδραση του R. Η ακόλουθη είναι η καμπύλη μεταβολής του CDR3 με την αντίσταση σε σειρά. Μπορεί να φανεί ότι όσο μικρότερη είναι η αντίσταση σε σειρά, τόσο μεγαλύτερο είναι το CDR3.

Τέλος, αλλά εξίσου σημαντικό, η επίδραση του διαμορφωτή πυριτίου δεν είναι απαραίτητα χειρότερη από αυτή του LiNbO3. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, το CDR3 τουδιαμορφωτής πυριτίουθα είναι υψηλότερη από αυτή του LiNbO3 σε περίπτωση πλήρους πόλωσης μέσω λογικού σχεδιασμού της δομής και του μήκους του διαμορφωτή. Οι συνθήκες δοκιμής παραμένουν σταθερές.

Συνοπτικά, ο δομικός σχεδιασμός του διαμορφωτή φωτός πυριτίου μπορεί μόνο να μετριαστεί, όχι να θεραπευτεί, και το κατά πόσον μπορεί πραγματικά να χρησιμοποιηθεί στο σύστημα FMCW χρειάζεται πειραματική επαλήθευση. Εάν μπορεί όντως να χρησιμοποιηθεί, τότε μπορεί να επιτύχει ενσωμάτωση πομποδέκτη, η οποία έχει πλεονεκτήματα για μείωση του κόστους σε μεγάλη κλίμακα.