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上海光機(jī)所在自注入鎖定窄線寬可調(diào)諧片上光源方面取得進(jìn)展


  來源: 中國科學(xué)院上海光機(jī)所 時(shí)間:2023-08-15 編輯:清風(fēng)
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近期,中國科學(xué)院上海光機(jī)所空間激光信息傳輸與探測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合張江實(shí)驗(yàn)室提出光反饋強(qiáng)度可調(diào)的自注入鎖定窄線寬可調(diào)諧片上激光器,理論及實(shí)驗(yàn)研究了不同光反饋強(qiáng)度下激光器動(dòng)態(tài)演變過程,表明優(yōu)化光反饋強(qiáng)度可以有效提升自注入鎖定的穩(wěn)定性、優(yōu)化噪聲抑制效果、擴(kuò)展鎖定調(diào)諧范圍。相關(guān)研究成果以“A Self-Injection Locked Laser based on High-Q Micro-Ring Resonator with Adjustable Feedback”為題發(fā)表于Journal of Lightwave Technology。


目前,硅基光電子芯片系統(tǒng)級(jí)集成迅速發(fā)展,在相干激光通信、相干探測激光雷達(dá)、精密計(jì)量傳感、光計(jì)算等應(yīng)用場景中扮演著重要角色,芯片系統(tǒng)級(jí)集成對前端低噪聲激光光源的體積、重量、功耗同樣提出了嚴(yán)格要求。高品質(zhì)因子氮化硅微環(huán)諧振腔可提供積累的背向瑞利散射光反饋,將其與分布式反饋半導(dǎo)體激光器進(jìn)行混合集成可獲得高集成度的自注入鎖定片上窄線寬光源。但由于反饋回激光器的背向瑞利散射強(qiáng)度與微環(huán)諧振腔波導(dǎo)加工工藝以及芯片間耦合封裝損耗相關(guān),通常強(qiáng)度較低且難以精確調(diào)控,自注入鎖定片上激光器存在穩(wěn)定性不高、調(diào)諧范圍受限的問題。


圖 1. 混合集成自注入鎖定窄線寬激光器結(jié)構(gòu)示意圖、封裝成品


研究團(tuán)隊(duì)提出一種基于高Q值微環(huán)諧振腔的光反饋強(qiáng)度可調(diào)片上自注入鎖定窄線寬激光器(如圖1所示),通過引入由馬赫曾德爾干涉儀和薩格納克環(huán)形鏡構(gòu)成的反射率可調(diào)后腔鏡,通過調(diào)節(jié)MZI兩臂相位差調(diào)整反饋光強(qiáng),在保證輸出激光頻率處于微環(huán)諧振腔諧振中心的同時(shí),解決了微環(huán)諧振腔光反饋強(qiáng)度不可控的難題。反饋光強(qiáng)度經(jīng)過優(yōu)化的自注入鎖定激光器具有更低的頻率噪聲和更大的鎖定帶寬,本征線寬壓低至60 Hz,鎖定調(diào)諧范圍拓展到6.3 GHz(如圖2、圖3所示)。相關(guān)工作在FMCW激光雷達(dá)、高精度光纖傳感等相干探測和精密計(jì)量領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。


圖 2. 不同光反饋強(qiáng)度下激光器頻率噪聲、線寬測試結(jié)果。(a)激光器頻率噪聲功率譜密度;(b) 激光器本征線寬、1ms 積分線寬


圖 3. 優(yōu)化光反饋強(qiáng)度前后激光器調(diào)諧范圍對比。(a) 后反射腔鏡反射率為 0% 時(shí)調(diào)頻結(jié)果;(c) 后反射腔鏡反射率為 32% 時(shí)調(diào)頻結(jié)果


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