[发明专利]一种可调谐窄线宽半导体激光器

说明书

本发明属于半导体激光器领域，公开了一种可调谐窄线宽半导体激光器，包括激光器和微环外腔，单模激光器的后端面输出的激光通过微环外腔直波导耦合进入微环外腔中，进入微环外腔的激光在微环外腔内谐振然后通过相同直波导注入到激光器中，在注入锁定范围内，激光器的输出频率由微环外腔的谐振频率决定，从而实现激光器的自注入锁定，通过调谐微环外腔的谐振频率，使得调谐过程中始终保持注入锁定，从而实现可调谐的窄线宽的激光输出。本发明的可调谐的窄线宽激光器能够实现连续频率的调制，具有输出激光线宽窄以及满足连续波调谐的优点，可应用于相干探测领域。

技术领域

本发明属于半导体激光器领域，具体涉及一种可调谐窄线宽半导体 激光器。

背景技术

窄线宽的半导体激光器具有噪声低，单色性好等优点，被广泛应用 在激光雷达(LiDAR)系统，相干通信领域与相干探测系统中。

窄线宽激光器主要用在相干光通信与相干探测领域，可以用于气体 探测，压力传感等领域。相干光通信因为需要相位这一物理量来增加通 信容量，对相位噪声比较敏感，因此需要窄线宽激光器来减小相位噪声 对通信质量的影响。

调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave)激光雷达发出的频 率连续调谐的信号并接收被物体反射的信号，发射的信号和接收端的信 号进行拍频，通过测量拍频的频率来同时测量物体的距离与速度(B. Schwarz,LIDAR:Mapping the world in3D,,Nat.Photonics[J]:429–430)。激光 器的最大探测的距离和接收端接收信号的信噪比与激光器的线宽有关(B. Behroozpour,P.A.M.Sandborn,et al.Lidar SystemArchitectures and Circuits[J].IEEE Communications Magazine,vol.55,2017,PP:135–142)。同时，探测的精度ΔR与调谐 的带宽B有关：其中c为光速。因此窄线宽可调谐激光器在调 频连续波激光雷达系统中显得尤为重要。

为了实现激光器单模与窄线宽，在激光器设计过程中注意以下问题: 第一，激光器为单模激光器，可以为分布反馈激光器，分布式布拉格反 射激光器，和大范围可调激光器；第二，使用低噪声的电流源来降低外 部噪声对激光器线宽的影响；第三，激光器的线宽和激光器的等效腔长 成反比，为了获得的窄线宽的激光器应尽可能增加激光器的等效腔长。

目前具有的激光器，比如分布反馈激光器，分布式布拉格反射激光 器器等受频率噪声的影响，实现窄线宽线性调频较为困难。

因此，需要一种新型的可调谐的窄线宽激光器，通过实现窄线宽激 光器的线性调频，来满足FMCW激光雷达对线性连续波调频光源的要 求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调谐窄线宽半导体激光器，以解决现有 技术中的缺点。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种可调谐窄线宽半导体激光器，包括激光器，所述激光器的输入、 输出端均镀有抗反膜，其输出的激光通过直波导耦合且进入到微环外腔 内，且与微环耦合，所述微环用于谐振一部分激光并将其散射返回到所 述激光器内，当返回激光的频率满足锁定条件时，形成自注入锁定，所 述微环外腔可调节其频率，使微环外腔与激光器的频率差处于自注入锁 定的范围内。

进一步的，所述微环和所述直波导均在所述微环外腔内，所述微环 外腔与所述激光器间隙设置。

进一步的，所述激光器为单模激光器、分布反馈激光器或分布式布 拉格反射器激光器。

进一步的，所述微环为硅基薄膜铌酸锂微环、硅微环、氮化铝微环 或氮化硅微环。

进一步的，所述微环外腔通过电光效应调制，或通过热效应进行热 光调制。