Modulateur optique au siliciumpour FMCW
Comme chacun sait, l'un des composants les plus importants des systèmes Lidar basés sur la technologie FMCW est le modulateur à haute linéarité. Son principe de fonctionnement est illustré dans la figure suivante :Modulateur DP-IQbasémodulation à bande latérale unique (BLU), le haut et le basMZMFonctionnement au point nul, sur la route et sur la bande latérale de wc+wm et WC-WM, wm étant la fréquence de modulation, mais en même temps, le canal inférieur introduit une différence de phase de 90 degrés, et finalement la lumière de WC-WM est annulée, seul le terme de décalage de fréquence de wc+wm. Dans la figure b, le bleu LR est le signal de chirp FM local, l'orange RX est le signal réfléchi, et en raison de l'effet Doppler, le signal de battement final produit f1 et f2.
La distance et la vitesse sont :
Ce qui suit est un article publié par l'Université Jiaotong de Shanghai en 2021, surSSBgénérateurs qui mettent en œuvre FMCW basé surmodulateurs de lumière au silicium.
Les performances du MZM sont présentées comme suit : la différence de performances entre les modulateurs des bras supérieur et inférieur est relativement importante. Le taux de réjection de la bande latérale porteuse varie selon la fréquence de modulation, et l'effet s'aggrave avec l'augmentation de la fréquence.
Dans la figure suivante, les résultats des tests du système Lidar montrent que a/b correspond au signal de battement à la même vitesse et à différentes distances, et c/d au signal de battement à la même distance et à différentes vitesses. Les résultats ont atteint 15 mm et 0,775 m/s.
Ici, seule l'application du siliciummodulateur optiquepour la FMCW est discuté. En réalité, l'effet du modulateur optique au silicium n'est pas aussi bon que celui deModulateur LiNO3, principalement parce que dans le modulateur optique au silicium, le changement de phase/coefficient d'absorption/capacité de jonction n'est pas linéaire avec le changement de tension, comme le montre la figure ci-dessous :
C'est,
La relation puissance de sortie dumodulateurle système est le suivant
Le résultat est un désaccord d'ordre élevé :
Ces phénomènes entraînent un élargissement du signal de fréquence de battement et une diminution du rapport signal/bruit. Comment améliorer la linéarité du modulateur de lumière au silicium ? Nous n'aborderons ici que les caractéristiques du dispositif lui-même, sans aborder le système de compensation utilisant d'autres structures auxiliaires.
L'une des raisons de la non-linéarité de la phase de modulation avec 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 changement de phase varie avec la tension. Comme le montre l'image suivante, la zone d'appauvrissement avec interférences lourdes varie moins que celle avec interférences légères.
La figure suivante illustre les courbes de variation de la distorsion d'intermodulation du troisième ordre (TID) et de la distorsion harmonique du second ordre (SHD) en fonction de la concentration du fouillis, c'est-à-dire de la fréquence de modulation. On constate que la capacité de suppression du désaccord pour un fouillis important est supérieure à celle pour un fouillis léger. 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. Voici la courbe de variation de CDR3 avec la résistance série. On constate que plus la résistance série est faible, plus CDR3 est élevé.
Enfin, l'effet du modulateur au silicium n'est pas nécessairement pire que celui du LiNbO3. Comme le montre la figure ci-dessous, le CDR3 dumodulateur au siliciumsera supérieure à celle du LiNbO3 en cas de polarisation complète grâce à une conception raisonnable de la structure et de la longueur du modulateur. Les conditions d'essai restent constantes.
En résumé, la conception structurelle du modulateur de lumière en silicium ne peut être qu'atténuée, et non guérie, et si elle peut réellement être utilisée dans le système FMCW nécessite une vérification expérimentale, si c'est vraiment possible, alors elle peut réaliser 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