[發明專利]廣泛可調諧激光器及其激光器系統的波長確定

在審

• 申請號: 201980017843.3
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN112075000A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: A·維茲巴拉斯;I·西蒙伊特;A·德戈魯特;K·維茲巴拉斯
• 申請（專利權）人: 布羅利思感測科技公司
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00;H01S5/10;H01S5/14;H01S5/12;H01S5/02;H01S5/06
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 楊小明

可以用基于光子集成電路技術的基于固態激光器的光子系統以及諸如廣泛可調諧外腔激光器和系統之類的分立臺式系統，來實現用于廣泛可調諧激光器及其系統的波長確定的方法。該方法允許集成的波長控制，無需外部波長監測儀器即可立即進行系統波長校準。使用用作波長標準具的具有良好定義的透射或反射功能的基于單片固態的光腔，實現波長確定。固態標準具可與波長移位跟蹤組件(例如，非平衡干涉儀)一起使用，以在一個波長掠掃內校準整個激光發射調諧曲線。該方法對于基于游標濾波器機制的集成光子系統特別有用，其中起始波長不是預先知道的，或者對于緊湊的廣泛可調諧外腔激光器，無需經由外部儀器校準波長。

相關申請

本申請要求2018年2月2日提交的美國臨時申請序列No.62/625,696的優先權權益，該申請通過引用整體并入本文。

技術領域

本發明的實施例涉及基于半導體的廣泛可調諧激光器及其激光器系統的波長確定和自動校準，所述激光器及其激光器系統諸如是基于分立的光學元件和半導體增益介質的外腔激光器或者基于光子集成電路技術的外腔激光器。通過組合使用具有良好定義的透射或反射功能的集成固態源標準具(etalon)結合相對波長調諧方向監測來執行精確的波長確定，從而允許在一個波長掠掃(sweep)期間自動校準系統發射波長。本發明的實施例對于光譜感測、光學相干斷層掃描、LIDAR、安全面部識別等中的應用特別有用。

背景技術

可以通過許多方式實現基于半導體激光器的廣泛可調諧激光器，諸如將基于半導體的增益芯片嵌入到外腔配置中(參見美國專利公開No.2007/0047599A1、US2006/0193354A1和US2003/0016707A1，以及美國專利No.6,327,036和6,714,309)、在一個芯片中以單片方式實現腔體和調諧部分(參見美國專利No.6,728,279)、或基于芯片的組合實現廣泛可調諧激光器，諸如將III-V半導體增益芯片與可基于絕緣體上硅、氮化硅或絕緣體上鍺和其它材料平臺的硅光子集成電路(Si PIC)相結合(參見R.Wang等人，Sensors 17，1788，2017；R.Wang等人；Optics Express 24(25)，28977-28986，2016；以及H.Lin等人；Nanophotonics，第7卷，第2期，(2017)第393-420頁；以及WO2018/215388。這些出版物中的每一個均通過引用整體并入本文。

在非單片廣泛可調諧激光器概念(諸如基于梅特卡夫-利特曼(Metcalf-Littman)或利特羅(Littrow)配置的外腔激光二極管)的情況下，絕對波長控制通常是在參考用外部儀器(諸如光譜儀或光譜分析儀)測量的輸出波長后通過校準機械的馬達位置來實現的。這種方法的缺點是波長校準的執行需要外部儀器。其它方法包括使用復雜的和/或笨重的標準具，諸如濾波器、氣室或電子可調光柵，以及鎖定到法布里-珀羅(Fabry-Perot)腔。

發明內容

根據本發明的實施例，全固態設備使得能夠進行絕對波長參考和波長跟蹤。該設備可以包括廣泛可調諧激光器、諸如干涉儀之類的波長移位跟蹤設備，以及諸如偏移分布式布拉格(Bragg)反射器或任何光腔之類的標準具。光束的一部分被分開并穿過波長移位跟蹤設備和固態標準具。各個探測器用于記錄在波長移位跟蹤設備和固態標準具的輸出處的信號。由于標準具的獨特、特定于波長的透射/反射功能，因此一旦激光波長被調諧到標準具的特定波長，標準具處的輸出信號便會提供獨特的信號(或者高或者低)。同時，以非平衡干涉儀形式的波長移位跟蹤設備的輸出記錄作為時間的函數的振蕩周期信號。信號的周期與干涉儀臂之間的光束路徑差直接相關，因此提供了關于波長隨時間移位的信息。結合從標準具輸出的讀數，可以重建整個激光調諧曲線，從而在掠掃期間的任何時刻提供絕對波長信息。