modulateur optique en siliciumpour FMCW
Comme nous le savons tous, l'un des composants les plus importants des systèmes Lidar à base de FMCW est le modulateur à haute linéarité. Son principe de fonctionnement est illustré dans la figure suivante :Modulateur DP-IQbasémodulation à bande latérale unique (SSB), le supérieur et le inférieurMZMAu point d'annulation, sur la bande latérale de WC+WM et WC-WM, wm représente la fréquence de modulation. Simultanément, le canal inférieur introduit un déphasage de 90 degrés, annulant ainsi le signal WC-WM et ne laissant subsister que le décalage de fréquence de WC+WM. Sur la figure b, LR (bleu) correspond au signal FM chirp local, RX (orange) au signal réfléchi, et, par effet Doppler, le signal de battement final produit f1 et f2.
La distance et la vitesse sont :
Voici un article publié par l'Université Jiaotong de Shanghai en 2021, à propos deSSBgénérateurs qui implémentent FMCW basés surmodulateurs de lumière en silicium.
Les performances du modulateur Mach-Zehnder (MZM) sont les suivantes : l’écart de performance entre les modulateurs à bras supérieur et inférieur est relativement important. Le taux de réjection de la bande latérale porteuse varie en fonction de la fréquence de modulation, et cet effet se dégrade à mesure que la fréquence augmente.
La figure ci-dessous présente les résultats des tests du système Lidar : a/b représente le signal de battement à vitesse constante et à différentes distances, et c/d représente le signal de battement à distance constante et à différentes vitesses. Les résultats des tests ont atteint 15 mm et 0,775 m/s.
Ici, seule l'application du siliciummodulateur optiqueLe fonctionnement du FMCW est abordé. En réalité, l'effet du modulateur optique en silicium n'est pas aussi bon que celui dumodulateur LiNO3, principalement parce que dans un modulateur optique en silicium, le changement de phase/coefficient d'absorption/capacité de jonction est non linéaire avec le changement de tension, comme le montre la figure ci-dessous :
C'est,
La relation de puissance de sortie demodulateurLe système est le suivant
Il en résulte un désaccordage d'ordre élevé :
Ces phénomènes entraînent un élargissement du signal de battement et une diminution du rapport signal/bruit. Comment améliorer la linéarité du modulateur de lumière en silicium ? Nous nous concentrerons ici sur les caractéristiques du dispositif lui-même, sans aborder la méthode de compensation utilisant des structures auxiliaires.
L'une des raisons de la non-linéarité de la phase de modulation en fonction de la tension est que le champ lumineux dans le guide d'ondes présente une distribution différente des paramètres lourds et légers, et que le taux de variation de phase diffère selon la tension. Comme illustré ci-dessous, la zone de déplétion en présence d'interférences importantes varie moins que celle en présence d'interférences légères.
La figure suivante illustre l'évolution de la distorsion d'intermodulation du troisième ordre (TID) et de la distorsion harmonique du second ordre (SHD) en fonction de la concentration du bruit, c'est-à-dire de la fréquence de modulation. On constate que la capacité de suppression du désaccord est plus importante pour un bruit important que pour un bruit faible. Par conséquent, le remixage contribue à améliorer la linéarité.
Ce qui précède équivaut à considérer C dans le modèle RC du MZM, et l'influence de R doit également être prise en compte. La courbe suivante illustre l'évolution de CDR3 en fonction de la résistance série. On constate que plus la résistance série est faible, plus CDR3 est élevé.
Enfin, il convient de noter que l'effet du modulateur en silicium n'est pas nécessairement pire que celui du LiNbO3. Comme le montre la figure ci-dessous, le CDR3 dumodulateur en siliciumLa valeur sera supérieure à celle du LiNbO3 en cas de polarisation maximale grâce à une conception appropriée de la structure et de la longueur du modulateur. Les conditions de test restent constantes.
En résumé, la conception structurelle du modulateur de lumière en silicium ne peut être qu'atténuée et non corrigée, et sa réelle utilisation dans le système FMCW nécessite une vérification expérimentale. Si elle s'avère possible, elle permettra l'intégration de l'émetteur-récepteur, ce qui présente des avantages pour une réduction des coûts à grande échelle.
Date de publication : 18 mars 2024