एफएमसीडब्ल्यूसाठी सिलिकॉन ऑप्टिकल मॉड्युलेटर

सिलिकॉन ऑप्टिकल मॉड्युलेटरएफएमसीडब्ल्यूसाठी

आपल्या सर्वांना माहीत आहे की, FMCW-आधारित लिडार प्रणालींमधील सर्वात महत्त्वाच्या घटकांपैकी एक म्हणजे उच्च रेषीयता मॉड्युलेटर (high linearity modulator). त्याचे कार्यतत्त्व खालील आकृतीत दाखवले आहे: वापरूनडीपी-आयक्यू मॉड्युलेटरआधारितसिंगल साइडबँड मॉड्युलेशन (एसएसबी)वरचा आणि खालचाएमझेडएमनल पॉईंटवर, रस्त्यावर आणि wc+wm व WC-WM च्या साईड बँडवर काम करा, wm ही मॉड्युलेशन फ्रिक्वेन्सी आहे, परंतु त्याच वेळी खालचा चॅनल ९० अंशांचा फेज फरक निर्माण करतो, आणि शेवटी WC-WM चा प्रकाश रद्द होतो, फक्त wc+wm ची फ्रिक्वेन्सी शिफ्ट टर्म शिल्लक राहते. आकृती b मध्ये, LR निळा हा स्थानिक FM चिर्प सिग्नल आहे, RX नारंगी हा परावर्तित सिग्नल आहे, आणि डॉप्लर परिणामामुळे, अंतिम बीट सिग्नल f1 आणि f2 निर्माण करतो.

अंतर आणि वेग आहेत:

शांघाय जियाओतोंग विद्यापीठाने २०२१ मध्ये प्रकाशित केलेला खालील लेख, याबद्दल आहेएसएसबीयावर आधारित FMCW लागू करणारे जनरेटरसिलिकॉन प्रकाश मॉड्युलेटर.

MZM ची कामगिरी खालीलप्रमाणे दर्शविली आहे: अप्पर आणि लोअर आर्म मॉड्युलेटरच्या कामगिरीतील फरक तुलनेने मोठा आहे. कॅरियर साइडबँड रिजेक्शन रेशो फ्रिक्वेन्सी मॉड्युलेशन रेटनुसार बदलतो आणि फ्रिक्वेन्सी वाढल्यास हा परिणाम अधिकच खालावतो.

पुढील आकृतीमध्ये, लिडार प्रणालीच्या चाचणी निकालांवरून असे दिसून येते की, a/b हे समान वेगावरील आणि वेगवेगळ्या अंतरांवरील बीट सिग्नल आहे, आणि c/d हे समान अंतरावरील आणि वेगवेगळ्या वेगांवरील बीट सिग्नल आहे. चाचणीचे निकाल १५ मिमी आणि ०.७७५ मीटर/सेकंद इतके होते.

येथे, फक्त सिलिकॉनचा वापरऑप्टिकल मॉड्युलेटरFMCW साठी चर्चा केली आहे. प्रत्यक्षात, सिलिकॉन ऑप्टिकल मॉड्युलेटरचा परिणाम तितका चांगला नाही जितका...LiNO3 मॉड्युलेटरमुख्यतः कारण की सिलिकॉन ऑप्टिकल मॉड्युलेटरमध्ये, फेज बदल/शोषण गुणांक/जंक्शन कपॅसिटन्स हे व्होल्टेज बदलाशी नॉन-लिनियर असते, जसे खालील आकृतीत दाखवले आहे:

म्हणजेच,

च्या आउटपुट पॉवर संबंधमॉड्युलेटरप्रणाली खालीलप्रमाणे आहे
याचा परिणाम म्हणजे उच्च स्तरावरील डिट्यूनिंग होय:

यामुळे बीट फ्रिक्वेन्सी सिग्नलचा विस्तार होईल आणि सिग्नल-टू-नॉईज रेशो कमी होईल. तर मग सिलिकॉन लाईट मॉड्युलेटरची लिनिअरिटी सुधारण्याचा मार्ग कोणता आहे? येथे आपण केवळ डिव्हाइसच्या स्वतःच्या वैशिष्ट्यांवर चर्चा करणार आहोत आणि इतर सहायक संरचना वापरून भरपाई योजनेवर चर्चा करणार नाही.
व्होल्टेजनुसार मॉड्युलेशन फेजच्या अरेखीयतेमागील एक कारण म्हणजे, वेव्हगाईडमधील प्रकाश क्षेत्रात जड आणि हलक्या पॅरामीटर्सचे वितरण वेगवेगळे असते आणि व्होल्टेजमधील बदलामुळे फेज बदलण्याचा दरही भिन्न असतो. खालील चित्रात दाखवल्याप्रमाणे, जड व्यतिकरण असलेला डिप्लेशन प्रदेश हा हलक्या व्यतिकरण असलेल्या प्रदेशापेक्षा कमी बदलतो.

खालील आकृतीमध्ये क्लटरच्या एकाग्रतेनुसार, म्हणजेच मॉड्युलेशन फ्रिक्वेन्सीनुसार, थर्ड-ऑर्डर इंटरमॉड्युलेशन डिस्टॉर्शन (TID) आणि सेकंड-ऑर्डर हार्मोनिक डिस्टॉर्शन (SHD) यांचे बदल वक्र दाखवले आहेत. यावरून असे दिसून येते की, कमी क्लटरच्या तुलनेत जास्त क्लटरसाठी डिट्यूनिंग दाबण्याची क्षमता अधिक आहे. त्यामुळे, रिमिक्सिंगमुळे लिनिअरिटी सुधारण्यास मदत होते.

वरील बाब ही MZM च्या RC मॉडेलमध्ये C चा विचार करण्यासारखीच आहे, आणि R चा प्रभाव देखील विचारात घेतला पाहिजे. खाली सिरीज रेझिस्टन्सनुसार CDR3 चा बदल दर्शवणारा वक्र आहे. यावरून असे दिसून येते की, सिरीज रेझिस्टन्स जितका कमी असतो, तितका CDR3 जास्त असतो.

सर्वात शेवटी पण महत्त्वाचे म्हणजे, सिलिकॉन मॉड्युलेटरचा परिणाम LiNbO3 पेक्षा वाईट असेलच असे नाही. खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, चा CDR3सिलिकॉन मॉड्युलेटरमॉड्युलेटरच्या संरचनेची आणि लांबीची योग्य रचना केल्यामुळे, पूर्ण बायसच्या बाबतीत ते LiNbO3 पेक्षा जास्त असेल. चाचणीच्या अटी सुसंगत राहतात.

थोडक्यात सांगायचे झाल्यास, सिलिकॉन लाइट मॉड्युलेटरच्या संरचनात्मक डिझाइनमधील त्रुटी केवळ कमी केल्या जाऊ शकतात, त्यावर पूर्णपणे उपाय करता येत नाही, आणि त्याचा FMCW प्रणालीमध्ये खरोखर वापर केला जाऊ शकतो की नाही यासाठी प्रायोगिक पडताळणीची आवश्यकता आहे. जर तो खरोखरच शक्य असेल, तर त्यामुळे ट्रान्सीव्हरचे एकत्रीकरण साध्य करता येईल, ज्याचे फायदे मोठ्या प्रमाणावर खर्च कपात करण्यासाठी आहेत.