FMCW용 실리콘 광 변조기

실리콘 광 변조기FMCW의 경우

우리 모두가 알고 있듯이, FMCW 기반 라이다 시스템에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나는 고선형 변조기입니다. 작동 원리는 다음 그림에 나와 있습니다.DP-IQ 변조기기반을 둔단일 측파대 변조(SSB)위쪽과 아래쪽엠지엠널 포인트에서 작동하며, wc+wm 및 WC-WM의 측파대에서 작동합니다. 여기서 wm은 변조 주파수이지만, 동시에 하위 채널은 90도 위상차를 도입하고, 최종적으로 WC-WM의 신호는 상쇄되고 wc+wm의 주파수 편이 항만 남게 됩니다. 그림 b에서 LR(파란색)은 로컬 FM 처프 신호이고, RX(주황색)는 반사 신호이며, 도플러 효과로 인해 최종 비트 신호는 f1과 f2를 생성합니다.

거리와 속도는 다음과 같습니다.

다음은 상하이 교통대학교에서 2021년에 발표한 기사입니다.SSBFMCW를 구현하는 생성기실리콘 광 변조기.

MZM의 성능은 다음과 같습니다. 상부 및 하부 암 변조기의 성능 차이가 비교적 큽니다. 반송파 측파대 제거비는 주파수 변조율에 따라 달라지며, 주파수가 증가할수록 그 효과는 더욱 악화됩니다.

다음 그림은 라이다 시스템의 테스트 결과를 보여줍니다. a/b는 동일 속도에서 서로 다른 거리에서의 비트 신호이고, c/d는 동일 거리에서 서로 다른 속도에서의 비트 신호입니다. 테스트 결과는 15mm 및 0.775m/s에 도달했습니다.

여기서는 실리콘의 응용만 해당됩니다.광 변조기FMCW에 대해 논의합니다. 실제로 실리콘 광 변조기의 효과는 다른 광 변조기만큼 좋지 않습니다.LiNO3 변조기주된 이유는 아래 그림에서 보는 바와 같이 실리콘 광 변조기에서 위상 변화/흡수 계수/접합 용량이 전압 변화에 대해 비선형적이기 때문입니다.

즉,

출력 전력 관계변조기시스템은 다음과 같습니다.
그 결과 고차 디튜닝이 발생합니다.

이러한 현상은 비트 주파수 신호의 폭을 넓히고 신호 대 잡음비를 저하시킵니다. 그렇다면 실리콘 광 변조기의 선형성을 향상시키는 방법은 무엇일까요? 여기서는 소자 자체의 특성만을 다루고, 다른 보조 구조를 이용한 보상 방식은 논의하지 않습니다.
전압에 따른 변조 위상의 비선형성 이유 중 하나는 도파관 내 광장이 무거운 파라미터와 가벼운 파라미터의 분포가 다르고, 전압 변화에 따른 위상 변화율이 다르기 때문입니다. 다음 그림에서 볼 수 있듯이, 무거운 간섭이 있는 공핍 영역은 가벼운 간섭이 있는 공핍 영역보다 변화율이 작습니다.

다음 그림은 클러터 밀도, 즉 변조 주파수에 따른 3차 상호변조 왜곡(TID)과 2차 고조파 왜곡(SHD)의 변화 곡선을 보여줍니다. 클러터 밀도가 높을수록 디튜닝 억제 능력이 낮아지는 것을 알 수 있습니다. 따라서 리믹싱은 선형성 향상에 도움이 됩니다.

위 내용은 MZM의 RC 모델에서 C를 고려하는 것과 동일하며, R의 영향 또한 고려해야 합니다. 아래는 직렬 저항에 따른 CDR3의 변화 곡선입니다. 직렬 저항이 작을수록 CDR3가 커지는 것을 알 수 있습니다.

마지막으로, 실리콘 변조기의 효과가 LiNbO3보다 반드시 나쁜 것은 아닙니다. 아래 그림에서 볼 수 있듯이, CDR3는실리콘 변조기변조기의 구조와 길이를 적절하게 설계하면 최대 바이어스 조건에서 LiNbO3보다 더 높은 값을 나타낼 것입니다. 테스트 조건은 동일하게 유지됩니다.

요약하자면, 실리콘 광 변조기의 구조 설계는 근본적인 해결책이 아니라 완화책일 뿐이며, FMCW 시스템에 실제로 적용 가능한지는 실험적 검증이 필요합니다. 만약 실제로 적용 가능하다면 송수신기 통합을 달성할 수 있어 대규모 비용 절감에 유리할 것입니다.