超低噪声捷变频率光子集成激光器
光学
2021-07-16 v2 应用物理
摘要
低噪声激光器在众多应用中具有核心重要性，包括高谱效相干通信协议、分布式光纤传感以及远距离相干 LiDAR。除低相位噪声外，频率捷变（即实现激光频率高带宽驱动的能力）对于基于调频连续波（FMCW）测距中的三角线性调频或计量中常规使用的任何光学锁相而言至关重要。尽管集成硅基激光器已取得重大进展，并在数据中心商业化规模应用，但具有亚 100 Hz 级本征线宽的集成激光器基于缺乏频率捷变性的光子电路光反馈。在此，我们展示了一种晶圆级制造兼容的混合光子集成激光器，其展现 25 Hz 的超低本征线宽，同时提供无与伦比的兆赫兹驱动带宽，调谐范围大于 1 GHz。我们的方法采用超低损耗（1 dB/m）SiN 光子微谐振器，结合基于氮化铝（AlN）或锆钛酸铅（PZT）微机电系统（MEMS）的应力光学驱动。通过磷化铟（InP）激光芯片的自注入锁定实现电驱动低相位噪声激光，且仅受限于基本热折射噪声。利用光子芯片的差分驱动与切趾，实现了高达 10 MHz 的平坦驱动响应。我们借助此能力演示了紧凑相干 LiDAR 引擎，可生成高达 800 kHz 的 FMCW 三角光学啁啾信号，既不需任何主动线性化也不需预失真补偿，并开展了 10 m 光学测距实验，分辨率为 12.5 cm。
引用
@article{arxiv.2104.02990,
title = {Ultralow-noise frequency-agile photonic integrated lasers},
author = {Grigory Lihachev and Johann Riemensberger and Wenle Weng and Junqiu Liu and Hao Tian and Anat Siddharth and Viacheslav Snigirev and Rui Ning Wang and Jijun He and Sunil A. Bhave and Tobias J. Kippenberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.02990},
year = {2021}
}