ซิลิกอนออปติคัลโมดูเลเตอร์สำหรับ FMCW
อย่างที่เราทราบกันดีว่าส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในระบบ Lidar ที่ใช้ FMCW คือตัวปรับความเชิงเส้นสูง หลักการทำงานแสดงไว้ในรูปภาพต่อไปนี้: การใช้โมดูเลเตอร์ DP-IQซึ่งเป็นรากฐานการมอดูเลตแบนด์ข้างเดียว (SSB),ด้านบนและด้านล่างเอ็มแซดเอ็มทำงานที่จุดศูนย์ บนถนน และลงแถบด้านข้างของ wc+wm และ WC-WM โดย wm คือความถี่การมอดูเลต แต่ในเวลาเดียวกัน ช่องสัญญาณด้านล่างจะทำให้เกิดความแตกต่างของเฟส 90 องศา และในที่สุดแสงของ WC-WM ก็จะถูกยกเลิก มีเพียงเงื่อนไขการเปลี่ยนความถี่ของ wc+wm เท่านั้น ในรูปที่ b สีน้ำเงินของ LR คือสัญญาณชิร์ป FM ในพื้นที่ สีส้มของ RX คือสัญญาณสะท้อน และเนื่องจากเอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ สัญญาณบีตสุดท้ายจึงสร้าง f1 และ f2
ระยะทางและความเร็วคือ:
ต่อไปนี้เป็นบทความที่ตีพิมพ์โดยมหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจียวทงในปี 2021 เกี่ยวกับเอสเอสบีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ระบบ FMCW เป็นหลักตัวปรับแสงซิลิโคน.
ประสิทธิภาพของ MZM แสดงไว้ดังนี้: ความแตกต่างของประสิทธิภาพของโมดูเลเตอร์แขนบนและแขนล่างค่อนข้างมาก อัตราส่วนการปฏิเสธแถบข้างของพาหะจะแตกต่างกันตามอัตราการมอดูเลตความถี่ และผลกระทบจะแย่ลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น
ในรูปต่อไปนี้ ผลการทดสอบระบบ Lidar แสดงให้เห็นว่า a/b คือสัญญาณจังหวะที่ความเร็วเท่ากันและระยะทางต่างกัน และ c/d คือสัญญาณจังหวะที่ระยะทางเท่ากันและความเร็วต่างกัน ผลการทดสอบได้ 15 มม. และ 0.775 ม./วินาที
ที่นี่ใช้เฉพาะการประยุกต์ใช้ซิลิกอนเท่านั้นตัวปรับแสงออปติคอลสำหรับ FMCW ได้มีการหารือกัน ในความเป็นจริง ผลของตัวปรับแสงซิลิกอนนั้นไม่ดีเท่ากับโมดูเลเตอร์ LiNO3เนื่องจากในโมดูเลเตอร์ออปติกซิลิกอน ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนเฟส/การดูดซับ/ความจุจุดเชื่อมต่อไม่เป็นเชิงเส้นตามการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง:
นั่นก็คือ
ความสัมพันธ์ของกำลังส่งออกของตัวปรับเปลี่ยนระบบมีดังนี้
ผลลัพธ์ที่ได้คือการปรับจูนลำดับสูง:
สิ่งเหล่านี้จะทำให้สัญญาณความถี่บีตขยายตัวและอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนลดลง ดังนั้นวิธีใดที่จะปรับปรุงความเป็นเส้นตรงของตัวปรับแสงซิลิกอนได้ ในที่นี้เราจะพูดถึงเฉพาะคุณลักษณะของอุปกรณ์เท่านั้น และจะไม่พูดถึงรูปแบบการชดเชยโดยใช้โครงสร้างเสริมอื่นๆ
สาเหตุประการหนึ่งที่ทำให้เฟสมอดูเลชั่นไม่เชิงเส้นตามแรงดันไฟฟ้าก็คือ สนามแสงในท่อนำคลื่นมีการกระจายตัวของพารามิเตอร์แบบหนักและแบบเบาต่างกัน และอัตราการเปลี่ยนเฟสก็แตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า ดังแสดงในภาพต่อไปนี้ บริเวณการพร่องที่มีการรบกวนแบบหนักจะเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าบริเวณที่มีการรบกวนแบบเบา
รูปต่อไปนี้แสดงเส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงของค่าความเพี้ยนอินเตอร์โมดูเลชั่นลำดับที่สาม TID และค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกลำดับที่สอง SHD ที่มีความเข้มข้นของความยุ่งเหยิง นั่นคือความถี่การมอดูเลชั่น จะเห็นได้ว่าความสามารถในการระงับของการปรับจูนสำหรับความยุ่งเหยิงหนักนั้นสูงกว่าสำหรับความยุ่งเหยิงเบา ดังนั้น การรีมิกซ์จึงช่วยปรับปรุงความเป็นเส้นตรง
ข้างต้นนี้เทียบเท่ากับการพิจารณา C ในโมเดล RC ของ MZM และควรพิจารณาอิทธิพลของ R ด้วย ต่อไปนี้คือเส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงของ CDR3 ที่มีความต้านทานแบบอนุกรม จะเห็นได้ว่ายิ่งความต้านทานแบบอนุกรมมีค่าน้อย CDR3 ก็จะยิ่งมีค่ามากขึ้น
สุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุด ผลของตัวปรับเปลี่ยนซิลิกอนไม่จำเป็นต้องแย่ไปกว่า LiNbO3 ตามที่แสดงในภาพด้านล่าง CDR3 ของโมดูเลเตอร์ซิลิกอนจะสูงกว่า LiNbO3 ในกรณีที่มีอคติเต็มที่ผ่านการออกแบบโครงสร้างและความยาวของตัวปรับสัญญาณที่เหมาะสม เงื่อนไขการทดสอบยังคงสม่ำเสมอ
โดยสรุป การออกแบบโครงสร้างของโมดูเลเตอร์แสงซิลิกอนนั้นทำได้เพียงบรรเทาเท่านั้น ไม่สามารถรักษาได้ และจำเป็นต้องมีการตรวจยืนยันในเชิงทดลองว่าสามารถนำไปใช้ในระบบ FMCW ได้จริงหรือไม่ หากทำได้จริง ก็จะสามารถผสานรวมกับทรานซีฟเวอร์ได้ ซึ่งจะมีข้อดีในการลดต้นทุนในระดับใหญ่
เวลาโพสต์ : 18 มี.ค. 2567