معدِّل بصري سيليكونيلـ FMCW
كما نعلم جميعًا، يُعدّ مُعدّل الخطية العالية أحد أهم مكونات أنظمة الليدار القائمة على الموجات الكهرومغناطيسية عالية التردد (FMCW). ويوضح الشكل التالي مبدأ عمله:معدِّل DP-IQقائم علىتعديل النطاق الجانبي الفردي (SSB)، العلوي والسفليمزمالعمل عند نقطة الصفر، على الطريق وعلى طول النطاق الجانبي لـ wc+wm وWC-WM، حيث wm هو تردد التعديل، ولكن في الوقت نفسه، تُدخل القناة السفلية فرق طور بمقدار 90 درجة، وفي النهاية يُلغى ضوء WC-WM، ويبقى فقط حدّ إزاحة التردد لـ wc+wm. في الشكل ب، LR الأزرق هو إشارة تردد FM المحلية، وRX البرتقالي هو الإشارة المنعكسة، وبسبب تأثير دوبلر، تُنتج إشارة النبضة النهائية f1 وf2.
المسافة والسرعة هي:
فيما يلي مقال نشرته جامعة شنغهاي جياوتونغ في عام 2021، حولإس إس بيالمولدات التي تنفذ FMCW بناءً علىمُعدّلات الضوء السيليكونية.
يُظهر أداء MZM ما يلي: الفرق في الأداء بين مُعدّلات الذراع العلوية والسفلية كبير نسبيًا. تختلف نسبة رفض النطاق الجانبي للموجة الحاملة باختلاف معدل تضمين التردد، ويزداد التأثير سوءًا مع زيادة التردد.
في الشكل التالي، تُظهر نتائج اختبار نظام الليدار أن a/b هي إشارة النبض عند نفس السرعة وعلى مسافات مختلفة، وc/d هي إشارة النبض عند نفس المسافة وبسرعات مختلفة. بلغت نتائج الاختبار 15 مم وسرعة 0.775 متر/ثانية.
هنا، تطبيق السيليكون فقطمعدِّل بصريتمت مناقشة تأثير FMCW. في الواقع، تأثير المُعدِّل الضوئي السيليكوني ليس بنفس جودة تأثيرمعدِّل LiNO3، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن معامل التغير الطوري/الامتصاص/سعة الوصلة في المُعدِّل البصري السيليكوني غير خطي مع التغير في الجهد، كما هو موضح في الشكل أدناه:
إنه،
علاقة القدرة الناتجة لـمعدِّلالنظام هو كما يلي
النتيجة هي ضبط عالي المستوى:
سيؤدي ذلك إلى توسيع نطاق إشارة تردد النبضة وانخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء. فما هي إذًا طريقة تحسين خطية مُعدّل الضوء السيليكوني؟ سنتناول هنا خصائص الجهاز نفسه فقط، ولن نتطرق إلى نظام التعويض باستخدام هياكل مساعدة أخرى.
أحد أسباب عدم خطية طور التعديل مع الجهد هو اختلاف توزيع مجال الضوء في الدليل الموجي بين معلمات الضوء والضوء، واختلاف معدل تغير الطور مع تغير الجهد. كما هو موضح في الصورة التالية، تتغير منطقة الاستنفاد في حالة التداخل الثقيل بشكل أقل من تلك الموجودة في حالة التداخل الضوئي.
يوضح الشكل التالي منحنيات تغير تشوه التضمين البيني من الدرجة الثالثة TID والتشوه التوافقي من الدرجة الثانية SHD مع تركيز التشويش، أي تردد التضمين. يتضح أن قدرة إلغاء الضبط على التشويش الشديد أعلى منها في التشويش الخفيف. لذلك، يُساعد إعادة المزج على تحسين الخطية.
ما سبق يعادل اعتبار C في نموذج RC لـ MZM، ويجب أيضًا مراعاة تأثير R. فيما يلي منحنى تغير CDR3 مع المقاومة التسلسلية. يتضح أنه كلما صغرت المقاومة التسلسلية، زادت قيمة CDR3.
وأخيرًا وليس آخرًا، ليس بالضرورة أن يكون تأثير مُعدّل السيليكون أسوأ من تأثير LiNbO3. كما هو موضح في الشكل أدناه، فإن CDR3 لـمعدِّل السيليكونستكون أعلى من LiNbO3 في حالة الانحياز الكامل، وذلك من خلال تصميم معقول لهيكل وطول المُعدِّل. وتظل ظروف الاختبار ثابتة.
باختصار، لا يمكن تخفيف التصميم الهيكلي لمعدِّل الضوء السيليكوني، وليس علاجه، وما إذا كان يمكن استخدامه حقًا في نظام FMCW يحتاج إلى التحقق التجريبي، إذا كان من الممكن حقًا، فيمكنه تحقيق تكامل جهاز الإرسال والاستقبال، مما له مزايا لخفض التكاليف على نطاق واسع.
وقت النشر: ١٨ مارس ٢٠٢٤