[發(fā)明專利]一種用于FMCW的掃描激光光源

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111034170.8
• 申請(qǐng)日: 2021-09-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113764978A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林琦;朱振國(guó);林中晞;趙曉凡;鐘杏麗;蘇輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號(hào): H01S5/026
• 分類號(hào): H01S5/026;H01S5/065;H01S5/50;H01S5/00;G01S7/484
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;聶稻波

本發(fā)明涉及調(diào)頻連續(xù)激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種調(diào)頻連續(xù)激光光源，按照光輸出方向，順次包括可調(diào)諧窄線寬激光器、第一半導(dǎo)體光放大器、調(diào)制器、波長(zhǎng)選擇反射器和光學(xué)相控陣列。本發(fā)明通過(guò)腔外調(diào)制掃頻，不影響光源相關(guān)性，理論上只產(chǎn)生兩個(gè)窄線寬縱模分量的光，不會(huì)產(chǎn)生其他高階諧波分量，通過(guò)波長(zhǎng)選擇可以實(shí)現(xiàn)窄線寬、可大范圍波長(zhǎng)調(diào)諧、可高速線性掃頻的掃描激光源，且掃描速度快。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及調(diào)頻連續(xù)激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于FMCW的掃描激光光源。

背景技術(shù)

調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光技術(shù)是一種頻率隨時(shí)間變化的激光技術(shù)，在光通信、光學(xué)傳感、激光雷達(dá)以及成像等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，目前的調(diào)頻連續(xù)波激光通過(guò)直接調(diào)制技術(shù)和外調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

直接調(diào)制技術(shù)通過(guò)電調(diào)制激光器或外腔調(diào)制激光器實(shí)現(xiàn)，電調(diào)制激光器采用電流調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，通過(guò)改變激光器的注入電流來(lái)改變輸出波長(zhǎng)，無(wú)需復(fù)雜的機(jī)械調(diào)諧機(jī)構(gòu)，封裝尺寸非常小，結(jié)構(gòu)緊湊，但激光頻率和調(diào)制電流呈非線性關(guān)系，同時(shí)電流調(diào)諧半導(dǎo)體激光器存在較為嚴(yán)重的調(diào)頻非線性問(wèn)題，調(diào)諧精度與調(diào)諧速度難以控制，波長(zhǎng)調(diào)諧范圍較小；外腔式激光器雖然波長(zhǎng)調(diào)諧范圍較大，但其體積和重量較大，抗震能力較差，掃頻速度偏慢，價(jià)格昂貴，因此，目前的直接調(diào)制技術(shù)使用范圍有限。

外調(diào)制技術(shù)通過(guò)電光調(diào)制器或半導(dǎo)體電吸收調(diào)制器(EAM)實(shí)現(xiàn)，電光調(diào)制器基于鈮酸鋰、GaAs等電光晶體的，半導(dǎo)體電吸收調(diào)制器基于半導(dǎo)體量子阱量子限制效應(yīng)。由于光場(chǎng)限制因子r由EAM的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)所決定，波導(dǎo)寬度越寬，限制因子越大，EAM的響應(yīng)速度越慢；波導(dǎo)高度越高，限制因子越大，但不影響調(diào)制速度。電光調(diào)制器的頻率啁啾特性可以為零甚至為負(fù)，在遠(yuǎn)距離高速光通信系統(tǒng)、激光雷達(dá)、光纖傳感等領(lǐng)域被大量使用。

目前，利用電光調(diào)制器或半導(dǎo)體電吸收調(diào)制器產(chǎn)生FMCW光信號(hào)，需要采用I/Q單邊帶調(diào)制技術(shù)，調(diào)制過(guò)程如下：在調(diào)制器上加載連續(xù)調(diào)頻信號(hào)后，通過(guò)調(diào)制器的激光會(huì)產(chǎn)生包含連續(xù)調(diào)頻信號(hào)的若干諧波分量，各諧波間隔頻率為f，通過(guò)合理偏置調(diào)制器，使其工作在傳輸函數(shù)的最大值或最小值，濾除不需要的諧波分量，就可以實(shí)現(xiàn)FMCW光源。強(qiáng)度調(diào)制器需要直流偏置，當(dāng)直流偏置發(fā)生漂移時(shí)強(qiáng)度調(diào)制器的工作偏離傳輸函數(shù)的最大值、最小值，此時(shí)，難以抑制奇次諧波、偶次諧波，導(dǎo)致嗓聲特性下降。采用相位調(diào)制，不需要使用直流偏置，但同樣需要抑制高階諧波。

另外，諧波分量的功率同調(diào)制深度密切相關(guān)，為了抑制不必要階次的諧波，同時(shí)獲得理想的輸出功率，需要對(duì)調(diào)制深度進(jìn)行優(yōu)化。由此可知，上述通過(guò)產(chǎn)生包含連續(xù)調(diào)頻信號(hào)的諧波分量來(lái)實(shí)現(xiàn)FMCW調(diào)制的方法，需要抑制不必要的高次諧波分量，調(diào)制控制電路較為復(fù)雜，噪聲較難抑制。

發(fā)明內(nèi)容

為改善上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種調(diào)頻連續(xù)激光光源，按照光輸出方向，順次包括可調(diào)諧窄線寬激光器、第一半導(dǎo)體光放大器(semiconductor optical amplifier，SOA)、調(diào)制器、波長(zhǎng)選擇反射器和光學(xué)相控陣列(Optical Phased Array，OPA)。

(下文中將第一半導(dǎo)體光放大器簡(jiǎn)稱為第一SOA，光學(xué)相控陣列簡(jiǎn)稱為OPA)

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述可調(diào)諧窄線寬激光器和第一SOA之間設(shè)置有光學(xué)隔離器和耦合波導(dǎo)，更優(yōu)選地，所述可調(diào)諧窄線寬激光器和第一SOA之間電隔離；

優(yōu)選地，所述第一SOA和調(diào)制器之間設(shè)置有光學(xué)隔離器和耦合波導(dǎo)，更優(yōu)選地，所述第一SOA和調(diào)制器之間電隔離；

優(yōu)選地，所述調(diào)制器和波長(zhǎng)選擇反射器之間設(shè)置有光學(xué)隔離器和耦合波導(dǎo)，更優(yōu)選地，所述調(diào)制器和波長(zhǎng)選擇反射器之間電隔離；

優(yōu)選地，所述波長(zhǎng)選擇反射器和OPA之間設(shè)置有光學(xué)隔離器和耦合波導(dǎo)，更優(yōu)選地，所述波長(zhǎng)選擇反射器和OPA之間電隔離。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述波長(zhǎng)選擇反射器和OPA之間設(shè)置有第二半導(dǎo)體光放大器(第二SOA)。