Οπτικός διαμορφωτής πυριτίου για FMCW

Οπτικός διαμορφωτής πυριτίουγια FMCW

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

Η απόσταση και η ταχύτητα είναι:

Το παρακάτω 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 φαίνεται ως εξής: Η διαφορά απόδοσης των διαμορφωτών άνω και κάτω βραχίονα είναι σχετικά μεγάλη. Ο λόγος απόρριψης της πλευρικής ζώνης φορέα είναι διαφορετικός με τον ρυθμό διαμόρφωσης συχνότητας και το αποτέλεσμα θα γίνει χειρότερο καθώς αυξάνεται η συχνότητα.

Στο παρακάτω σχήμα, τα αποτελέσματα της δοκιμής 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 15mm και τα 0,775m/s.

Εδώ, μόνο η εφαρμογή του πυριτίουοπτικός διαμορφωτήςγια 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 διασταύρωσης είναι μη γραμμική με την αλλαγή τάσης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Ήτοι,

Η σχέση ισχύος εξόδου τουρυθμιστήςσύστημα έχει ως εξής
Το αποτέλεσμα είναι ένας 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 σύστημα 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 είναι σε διαφορετική κατανομή βαρέων και ελαφρών παραμέτρων και ο ρυθμός αλλαγής φάσης είναι διαφορετικός με την αλλαγή της τάσης. Όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Η περιοχή εξάντλησης με έντονες παρεμβολές αλλάζει λιγότερο από εκείνη με ελαφριά παρεμβολή.

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

Τα παραπάνω είναι ισοδύναμα με την εξέταση του C στο μοντέλο RC του MZM και η επιρροή του R θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη. Ακολουθεί η καμπύλη μεταβολής του CDR3 με την αντίσταση σειράς. Μπορεί να φανεί ότι όσο μικρότερη είναι η αντίσταση σειράς, τόσο μεγαλύτερο είναι το CDR3.

Τελευταίο 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 υψηλότερο από αυτό του LiNbO3 στην περίπτωση πλήρους μεροληψίας μέσω λογικής σχεδίασης 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 εάν μπορεί πραγματικά να χρησιμοποιηθεί στο σύστημα FMCW χρειάζεται πειραματική επαλήθευση, εάν μπορεί να είναι πραγματικά, τότε μπορεί να επιτύχει ενσωμάτωση πομποδέκτη, η οποία έχει πλεονεκτήματα για μεγάλη μείωση κόστους.