面向精密感测的集成激光器突破噪声-灵活性权衡

结合窄线宽与快速可调性的激光器是一致光测距、分布光纤传感和精密光谱学等应用的关键。尽管在集成激光技术方面取得了显著进展，但在单一集成平台上实现低相位噪声和高速可调性仍具有挑战性，这源于根本性的架构权衡：传统的集成激光设计通常通过高 $Q$ 共振器抑制相位噪声，但此类共振器固有的延长光子寿命会本质上限制调谐速度。为解决这一噪声-灵活性权衡，我们引入一种激光架构，实现了低相位噪声和超高速可调性的同时。我们不依赖超高 $Q$ 共振器实现自注入锁定，而是采用强合成反馈于 Pockels 可调、共振器增强型分布 Bragg 镜 (DBR) 中抑制相位噪声。作为概念验证，我们实现了一个混合集成激光器，短期线宽为 29 Hz，使用镱锂外腔实现， loaded $Q$ 仅为 0.62 百万。采用适中的共振器 $Q$ 松弛了光子寿命对调谐速度的约束，使其实现亚 EHz/s 的调谐速率，chirp 非线性仅为 0.14%。在该激光器上，我们实现了一个相对测距精度达 $1.7 \times 10^{-4}$、测量速率为 $1\,\text{MSa s}^{-1}$ 的频率调制连续波 LiDAR 系统，无需复杂的 chirp 线性化技术。我们进一步展示了一种探测亚$\mu\epsilon$ 动态应变的光纤声学传感技术，凸显了该平台在高速精密光学测量中的多样性。我们的工作为面向成本效益且高性能感测与计量系统提供了一条道路。