ตัวปรับแสงซิลิคอนสำหรับ FMCW
อย่างที่ทราบกันดีว่า หนึ่งในส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดในระบบ Lidar ที่ใช้ระบบ FMCW คือตัวปรับความเชิงเส้นสูง หลักการทำงานแสดงไว้ในรูปต่อไปนี้: การใช้โมดูเลเตอร์ DP-IQซึ่งเป็นรากฐานการมอดูเลตแบนด์ข้างเดียว (SSB), ส่วนบนและส่วนล่างเอ็มแซดเอ็มทำงานที่จุดศูนย์ บนถนน และลงตามแถบด้านข้างของ wc+wm และ WC-WM โดย wm คือความถี่มอดูเลต แต่ในขณะเดียวกัน ช่องสัญญาณล่างจะทำให้เกิดเฟสต่างกัน 90 องศา และในที่สุดแสงของ WC-WM ก็ถูกยกเลิก เหลือเพียงเทอมการเลื่อนความถี่ของ wc+wm เท่านั้น ในรูป b สีน้ำเงิน LR คือสัญญาณชิร์ป FM ในพื้นที่ สีส้ม RX คือสัญญาณสะท้อน และเนื่องจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ สัญญาณบีตสุดท้ายจึงสร้าง f1 และ f2
ระยะทางและความเร็วคือ:
ต่อไปนี้เป็นบทความที่ตีพิมพ์โดยมหาวิทยาลัย Shanghai Jiaotong ในปี 2021 เกี่ยวกับเอสเอสบีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ระบบ FMCW บนพื้นฐานของตัวปรับแสงซิลิคอน.
ประสิทธิภาพของ MZM แสดงได้ดังนี้: ความแตกต่างของประสิทธิภาพของโมดูเลเตอร์แขนบนและแขนล่างค่อนข้างมาก อัตราส่วนการปฏิเสธแบนด์ข้างของพาหะจะแตกต่างกันไปตามอัตราการมอดูเลตความถี่ และผลกระทบจะยิ่งแย่ลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น
ในภาพต่อไปนี้ ผลการทดสอบระบบ Lidar แสดงให้เห็นว่า a/b คือสัญญาณบีตที่ความเร็วเท่ากันและระยะทางต่างกัน และ c/d คือสัญญาณบีตที่ระยะทางเท่ากันและความเร็วต่างกัน ผลการทดสอบได้ 15 มม. และ 0.775 ม./วินาที
ที่นี่ใช้เพียงการประยุกต์ใช้ซิลิคอนตัวปรับแสงสำหรับ FMCW ได้มีการหารือกันไว้แล้ว ในความเป็นจริง ผลของตัวปรับแสงซิลิคอนไม่ดีเท่ากับตัวปรับ LiNO3เนื่องจากในโมดูเลเตอร์ออปติกซิลิกอน ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนเฟส/การดูดซับ/ความจุจุดเชื่อมต่อจะไม่เป็นเชิงเส้นตามการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง:
นั่นก็คือ
ความสัมพันธ์ของกำลังขับของตัวปรับเปลี่ยนระบบมีดังนี้
ผลลัพธ์ที่ได้คือการปรับจูนแบบลำดับสูง:
สิ่งเหล่านี้จะทำให้สัญญาณความถี่บีตกว้างขึ้นและอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนลดลง แล้ววิธีปรับปรุงความเป็นเส้นตรงของตัวปรับแสงซิลิคอนคืออะไร ในที่นี้เราจะกล่าวถึงเฉพาะคุณลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์เท่านั้น และจะไม่กล่าวถึงรูปแบบการชดเชยโดยใช้โครงสร้างเสริมอื่นๆ
สาเหตุหนึ่งที่ทำให้เฟสมอดูเลตไม่เชิงเส้นตามแรงดันไฟฟ้าคือ สนามแสงในท่อนำคลื่นมีการกระจายตัวของพารามิเตอร์หนักและเบาต่างกัน และอัตราการเปลี่ยนเฟสก็แตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า ดังแสดงในภาพต่อไปนี้ บริเวณพร่องที่มีการรบกวนมากมีการเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าบริเวณที่มีการรบกวนเบา
รูปต่อไปนี้แสดงเส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงของความเพี้ยนแบบอินเตอร์โมดูเลชันลำดับที่สาม (TID) และความเพี้ยนฮาร์มอนิกลำดับที่สอง (SHD) ที่มีความเข้มข้นของความยุ่งเหยิง ซึ่งก็คือความถี่การมอดูเลชัน จะเห็นได้ว่าความสามารถในการระงับของดีจูนนิ่งสำหรับความยุ่งเหยิงหนักนั้นสูงกว่าสำหรับความยุ่งเหยิงเบา ดังนั้น การรีมิกซ์จึงช่วยปรับปรุงความเป็นเส้นตรง
ข้างต้นนี้เทียบเท่ากับการพิจารณาค่า C ในแบบจำลอง RC ของ MZM และควรพิจารณาอิทธิพลของ R ด้วย ต่อไปนี้คือเส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงของ CDR3 เมื่อพิจารณาความต้านทานอนุกรม จะเห็นได้ว่ายิ่งความต้านทานอนุกรมมีค่าน้อย CDR3 ก็จะมีค่ามากขึ้น
สุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุด ผลของตัวปรับซิลิคอนไม่ได้แย่ไปกว่า LiNbO3 เสมอไป ดังที่แสดงในภาพด้านล่าง CDR3 ของตัวปรับซิลิคอนจะสูงกว่า LiNbO3 ในกรณีที่มีไบแอสเต็มที่ ผ่านการออกแบบโครงสร้างและความยาวของตัวปรับสัญญาณที่เหมาะสม เงื่อนไขการทดสอบยังคงสอดคล้องกัน
โดยสรุป การออกแบบโครงสร้างของตัวปรับแสงซิลิกอนนั้นทำได้เพียงบรรเทาผลกระทบเท่านั้น ไม่สามารถรักษาให้หายขาดได้ และต้องได้รับการตรวจสอบจากการทดลองว่าสามารถนำไปใช้ในระบบ FMCW ได้จริงหรือไม่ หากทำได้จริง ก็จะสามารถผสานรวมกับทรานซีฟเวอร์ได้ ซึ่งจะมีข้อดีคือสามารถลดต้นทุนได้มาก
เวลาโพสต์: 18 มี.ค. 2567