Modulateur optique en siliciumpour FMCW
Comme nous le savons tous, l’un des composants les plus importants des systèmes Lidar basés sur FMCW est le modulateur à haute linéarité. Son principe de fonctionnement est illustré dans la figure suivante : UtilisationModulateur DP-IQbasémodulation à bande latérale unique (SSB), le haut et le basMZMfonctionne au point nul, sur la route et sur la bande latérale de wc+wm et WC-WM, wm est la fréquence de modulation, mais en même temps le canal inférieur introduit une différence de phase de 90 degrés, et enfin la lumière de WC-WM est annulé, seul le terme de décalage de fréquence wc+wm. Sur la figure b, LR bleu est le signal chirp FM local, RX orange 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, surBLUgénérateurs qui implémentent FMCW sur la base demodulateurs de lumière en silicium.
Les performances du MZM sont présentées comme suit : La différence de performances des modulateurs du bras supérieur et inférieur est relativement importante. Le taux de réjection de la bande latérale de la porteuse est différent avec le taux de modulation de fréquence, et l'effet s'aggravera à mesure que la fréquence augmentera.
Dans la figure suivante, les résultats des tests du système Lidar montrent que a/b est le signal de battement à la même vitesse et à différentes distances, et c/d est le signal de battement à la même distance et à différentes vitesses. Les résultats des tests ont atteint 15 mm et 0,775 m/s.
Ici, seule l'application du siliciummodulateur optiquepour FMCW est discuté. En réalité, l'effet du modulateur optique au silicium n'est pas aussi bon que celui duModulateur 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 de puissance de sortie dumodulateurle système est le suivant
Le résultat est un désaccord d’ordre élevé :
Ceux-ci entraîneront l’élargissement du signal de fréquence de battement et la diminution du rapport signal/bruit. Alors, quel est le moyen d’améliorer la linéarité du modulateur de lumière au silicium ? Nous discutons ici uniquement des caractéristiques de l'appareil lui-même et ne discutons pas du 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 répartition différente des paramètres lourds et légers et que le taux de changement de phase est différent avec le changement de tension. Comme le montre l'image suivante. La région d'appauvrissement avec de fortes interférences change moins que celle avec de légères interférences.
La figure suivante montre les courbes de variation de la distorsion d'intermodulation du troisième ordre TID et de la distorsion harmonique du deuxième ordre SHD avec la concentration du fouillis, c'est-à-dire la fréquence de modulation. On peut voir que la capacité de suppression du désaccord pour les parasites importants est supérieure à celle pour les parasites légers. Le remixage contribue donc à améliorer la linéarité.
Ce qui précède équivaut à considérer C dans le modèle RC de MZM, et l'influence de R doit également être prise en compte. Voici la courbe de changement du CDR3 avec la résistance série. On peut voir que plus la résistance série est petite, plus le CDR3 est grand.
Enfin et surtout, 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 supérieur à celui de LiNbO3 dans le cas d'une polarisation totale grâce à une conception raisonnable de la structure et de la longueur du modulateur. Les conditions de test restent cohérentes.
En résumé, la conception structurelle du modulateur de lumière au silicium ne peut qu'être atténuée, pas guérie, et sa capacité à être réellement utilisée dans le système FMCW nécessite une vérification expérimentale. Si cela peut l'être réellement, il peut alors réaliser l'intégration d'un émetteur-récepteur, ce qui présente des avantages. pour une réduction des coûts à grande échelle.
Heure de publication : 18 mars 2024