FMCW用シリコン光変調器

シリコン光変調器FMCW用

周知のとおり、FMCW ベースの Lidar システムで最も重要なコンポーネントの 1 つは、高直線性変調器です。その動作原理を次の図に示します。DP-IQ変調器ベースの単側波帯変調 (SSB)、上部と下部MZMヌルポイント、道路上、および wc+wm および WC-WM の側波帯で動作します。wm は変調周波数ですが、同時に下のチャネルで 90 度の位相差が生じ、最終的に WC-WM の光が発生します。 wc+wm の周波数シフト項のみがキャンセルされます。図 b では、LR の青はローカル FM チャープ信号、RX オレンジは反射信号で、ドップラー効果により、最終的なビート信号は f1 と f2 を生成します。

距離と速度は次のとおりです。

以下は上海交通大学が2021年に発表した論文です。SSBに基づいて FMCW を実装するジェネレータシリコン光変調器.

MZM の性能は次のようになります。 上アーム変調器と下アーム変調器の性能差は比較的大きくなります。キャリア側波帯除去比は周波数変調率によって異なり、周波数が高くなるほど影響は大きくなります。

次の図では、Lidar システムのテスト結果は、a/b が同じ速度で異なる距離でのビート信号であり、c/d が同じ距離で異なる速度でのビート信号であることを示しています。テスト結果は15mm、0.775m /sに達しました。

ここではシリコンの塗布のみ光変調器FMCW について説明します。実際には、シリコン光変調器の効果は、LiNO3モジュレーターこれは主に、シリコン光変調器では、次の図に示すように、位相変化/吸収係数/接合容量が電圧変化に対して非線形であるためです。

つまり、

の出力関係は、変調器システムは次のとおりです
結果は高次の離調になります。

これらにより、ビート周波数信号が広がり、信号対雑音比が低下します。では、シリコン光変調器の直線性を改善するにはどのような方法があるのでしょうか?ここではデバイス自体の特性についてのみ説明し、他の補助構造を使用した補償スキームについては説明しません。
電圧に対する変調位相の非線形性の理由の 1 つは、導波路内の光フィールドの重いパラメータと軽いパラメータの分布が異なり、電圧の変化に応じて位相変化率が異なることです。次の図に示すように。重度の干渉による空乏領域の変化は、軽度の干渉による空乏領域よりも少なくなります。

次の図は、クラッタの濃度、つまり変調周波数に対する3次相互変調歪TIDと2次高調波歪SHDの変化曲線を示しています。重クラッターに対するデチューンの抑制能力が、軽クラッターに比べて高いことがわかる。したがって、リミックスは直線性を改善するのに役立ちます。

これは、MZM の RC モデルにおいて C を考慮することに相当し、R の影響も考慮する必要があります。以下は CDR3 の直列抵抗による変化曲線です。直列抵抗が小さいほど、CDR3 が大きくなることがわかります。

最後に重要なことですが、シリコン変調器の効果は必ずしも LiNbO3 の効果より悪いわけではありません。以下の図に示すように、シリコン変調器変調器の構造と長さを合理的に設計することにより、フルバイアスの場合は LiNbO3 よりも高くなります。テスト条件は一貫したままです。

要約すると、シリコン光変調器の構造設計は緩和することしかできず、改善することはできません。FMCW システムで本当に使用できるかどうかは実験による検証が必要ですが、実際に使用できる場合は、トランシーバーの統合を実現でき、これには利点があります。大幅なコスト削減に。