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微型水平的最新激光

发布日期:2020-12-02
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许多新兴技术依赖于高质量的激光器。基于激光的LiDAR传感器可以提供三维空间的高精度扫描,因此在从自动驾驶汽车到地质测绘技术以及应急系统的各种应用中都至关重要。高质量的激光还是高速、大容量数据中心(互联网的骨干)的关键部分。

在评估激光器的质量时,研究人员会关注激光器频率中的噪声,即激光器光波每秒切换一次的次数。低质量,“嘈杂”的激光器在这些切换中具有更多的随机变化,从而使它们对于旨在返回准确测量结果或传达密集信息的系统毫无用处。

目前,具有足够低的低频噪声的激光器体积大,价格昂贵并且对于大规模制造是不切实际的选择。宾夕法尼亚大学的工程师已经着手使用一种集成纳米光子城段相位噪声滤波器设备来解决此问题,该滤波器可以放置在低成本激光器之后,以显著抑制其独立于光源的相位噪声。混合集成电子光子系统使用电子光子环路测量和抑制输入光的相位噪声,而不与光源相互作用。

相位噪声滤波器可提高输入光的光谱相干程度,而不会与光源发生相互作用。结果,输出光信号表现出比输入光低的相位噪声,理想情况下同时具有相同的光功率。

图1a. 相位噪声滤波器框图。该滤波器放置在相干光源之后,并且独立于光源抑制其相位噪声; b. PDH激光稳定系统的框图; c. 前馈线宽减小系统的框图; d. 与光源无关的基于反馈的线宽减小系统的框图,其中测量、放大激光器的相位噪声,并使用光学相位调制器来调制激光器的相位,以抑制相位噪声; e. 建议的纳米光子相位噪声滤波器的框图,其中输入激光器的相位噪声被独立于光源的混合电子-光子反馈环路的环路增益抑制

激光相位噪声降低方法通常基于反馈或前馈机制。在基于反馈的系统中,例如电光锁相环、电反馈和光学反馈将激光相位和频率与光学参考的相位和频率进行比较,并将产生的误差信号注入反馈回路中的激光器。

图1b显示了广泛用于激光稳定的Pound–Drever–Hall(PDH)系统的框图,其中将激光频率与光学频率基准进行比较,并将得到的误差信号,即读出电流,放大、滤波并注入到激光器中,以闭合反馈回路。在这样的系统中,相位噪声降低带宽通常是有限的,以避免对于足够大的环路增益的不稳定性。此外,由于激光器是反馈回路的一部分,其特性如频率调制(调频)响应可能会进一步降低环路稳定性。

与最先进的台式激光线宽缩减系统相比,相位噪声滤波器的尺寸小了几个数量级,功耗也低了几分之一(由于采用了定制的级间匹配,而不是标准的50Ω匹配)。由于系统尺寸小,它对环境波动的敏感度明显较低,适合低成本大规模生产,尤其是在使用硅和互补金属氧化物半导体工艺制造时。

图2. 单边带强度调制器

显示了已实现的单边带强度调制器的结构,其中两个内部平衡马赫-曾德尔调制器(MZMs)嵌套在外部MZI内。为了确保单边带调制,内MZMs的两臂和外MZI的两臂之间的相位差必须分别设置为π弧度和π/2弧度。

深圳网联光仪有限公司成立于2017年,位于深圳坪山,是一家专业从事新型分子光谱仪器研发、生产、销售的高新技术企业。 公司在微型激光技术,红外光谱技术,多算子匹配算法,微型与智能化系统设计以及大数据信息共享与分析等领域具有国际水平的技术积累。


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