[发明专利]片上扫频光源和使用其的相控阵

说明书

本发明公开了一种片上扫频光源和使用其的相控阵。该片上扫频光源包括基底和集成在基底上的按照光输出方向依次连接的外腔激光器和单边带调制器，所述单边带调制器包括铌酸锂波导，所述外腔激光器和所述单边带调制器片上集成。这种片上扫频光源是实现片上集成的激光器，具备窄线宽、波长调谐范围大以及能高速线性扫频的性能，满足相关应用需要，特别是相控阵激光雷达。

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，更为具体来说，本发明涉及一种片上扫频光源和使用其的相控阵。

背景技术

调频连续波测距(FMCW)技术有很多优势，灵敏度高、抗干扰、能测速，适用于硅光相控阵激光雷达。但该技术产业化最大的问题是缺乏合适的光源，目前应用于FMCW系统的光源主要有分布式反馈(DFB,Distributed Feed-Back)/分布布拉格反射(DBR,Distributed Bragg Reflector)激光器、机械式外腔激光器、单频激光+单边带调制器、以及其他一些非主流和/或未经证实的光源，都不能完全满足要求。DFB/DBR激光器可以实现片上集成，但是线宽偏大，百米级别测距，且波长调谐范围小，不适用于硅基相控阵。机械式外腔激光器体积、重量大，抗震能力差，扫频速度偏慢，价格昂贵。单频激光+单边带调制器没有实现集成化，同样存在体积、重量、价格问题。该领域亟需片上集成扫频光源，减少体积、重量、功耗，降低成本。尤其是片上相控阵更需要集成式的光源，以真正实现激光雷达的单片集成化。

最近几年，硅基窄线宽可调谐外腔激光器取得进展，已经实现调谐范围大于60nm且线宽小于50k的激光器，是一个降低成本、减小体积功耗的有前景的方向。但这种激光器实现连续线性扫频十分困难，原因在于激光器是通过硅基波导延长腔长来实现线宽压缩，但带来的问题是纵模间隔变得很小，容易发生跳模。在具体技术上，内部调谐扫频需要协调控制激光器内部多个器件相位(两个微环，一个调相器)，难度很大。总而言之，即使技术上克服了困难，也难以实现好的扫频性能(扫频速度，带宽)。可以认为，利用硅基外腔激光器内部调谐实现线性扫频不是一个可行的方向，而事实上，多年以来也无人做到通过内部调谐实现硅基外腔激光器的线性扫频。

综上所述，业界尚无片上集成的、窄线宽的、可大范围波长调谐的高速线性扫频光源。而硅基外腔激光器虽然是一个有前景的解决方案，但难以通过内部调谐实现线性扫频。

发明内容

本发明创新地提供了一种片上扫频光源和使用其的相控阵，片上扫频光源是实现片上集成的激光器，具备窄线宽、波长调谐范围大以及能高速线性扫频的性能，满足相关应用需要，特别是相控阵激光雷达(lidar)。

为实现上述的技术目的，一方面，本发明公开了一种片上扫频光源。所述片上扫频光源包括基底和集成在所述基底上的按照光输出方向依次连接的外腔激光器和单边带调制器，所述单边带调制器包括铌酸锂波导，所述外腔激光器和所述单边带调制器片上集成。

进一步地，对于所述片上扫频光源，所述外腔激光器按照光输出方向依次包括环形反射器、激光增益介质、调相器、耦合装置、以及波长选择反射器，其中，所述调相器一端连接所述激光增益介质，所述调相器另一端连接所述耦合装置；所述耦合装置耦合的第一波导第一端连接所述调相器，所述第一波导的第二端连接所述波长选择反射器；所述耦合装置耦合的第二波导第一端连接所述单边带调制器的第一端，所述第二波导的第二端连接所述波长选择反射器。

进一步地，对于所述片上扫频光源，所述耦合装置包括2×2耦合器。

进一步地，对于所述片上扫频光源，所述耦合装置包括等臂长MZ干涉器。

进一步地，对于所述片上扫频光源，所述激光增益介质由Ⅲ,Ⅴ族材料与所述基底异质集成。

进一步地，所述片上扫频光源还包括与所述单边带调制器的第二端连接的半导体光放大器。

进一步地，对于所述片上扫频光源，所述半导体光放大器由Ⅲ,Ⅴ族材料与所述基底异质集成。