[发明专利]基于硅基外腔自注入的窄线宽连续波调频激光器

权利要求书

1.一种调频连续波(FMCW)窄线宽激光器，其特征在于包括：

硅基外腔(111)，所述硅基外腔(111)包括衬底层(101)，所述衬底层(101)上方为光波导层(104)；所述光波导层(104)构成自注入微环谐振腔获得可调频连续波激光，所述自注入微环谐振腔包括第一直波导，微环谐振器(110)，第二直波导(113)和第三直波导(114)，和第四直波导(116)；和

分布式反馈激光器(103)，所述分布式反馈激光器(103)与所述光波导层(104)的第一直波导的一端进行端面耦合；并且

所述第一直波导通过光分束器(109)将激光从第一直波导分离到第二直波导(113)和第三直波导(114)；并将所述第二直波导(113)和所述第三直波导(114)中的激光耦合到所述微环谐振器(110)中，通过所述第四直波导(116)输出被调频的连续波激光；

所述窄线宽激光器在通电后，器件处于非锁定状态，所述硅基外腔(111)的输出光谱为多模且线宽不稳定；改变所述微环谐振器(110)的谐振频率，使所获得的谐振频率与激光器输出本征的输出频率对齐；改变所述微环谐振器(110)的微调注入相位，使激光器由自由状态跳变到锁定状态，激光器产生线宽压窄的单模输出；

调节微环谐振器(110)的中心频率及其光谱线宽进行连续静态调谐，由于微环谐振器(110)上的加热功率与失谐谐振频率成线性关系，通过在所述微环谐振器(110)上施加电压实现激光器的线性扫频，公式(1)给出了自注入效应对噪声抑制的作用，用于减少激光器的近相噪声：

其中Δν、Δν₀、分别为激光器在自注入前后的线宽，Q、Q_LD分别为微环和激光器的品质因数，所述微环谐振腔的品质因数线宽压窄效果成正比，微环谐振腔的品质因数为Q_LD＝2×10⁵，将P_r/P＝0.3，α＝2.5带入可得η≈1000，线宽被缩小三个数量级。

2.如权利要求1所述的窄线宽激光器，其中，

所述第一直波导上方设置第一热调相移器(106)，所述第一热调相移器(106)为金属，其中间部分为第一加热电阻(106a)，加热所述第一加热电阻(106a)产生波导相移；

所述微环谐振器(110)即环形微环波导(115)，所述环形微环波导(115)上方设置调节微环谐振波长的第二热调相移器(107)，所述第二热调相移器(107)为金属，其中间部分为第二加热电阻(107a)，加热所述第二加热电阻(107a)，调谐所述微环谐振器的波长和谐振频率；

所述第一热调相移器(106)和所述第二热调相移器(107)组成调谐单元，对窄线宽激光器进行波长调谐。

3.如权利要求1所述的窄线宽激光器，其中，

所述第一直波导上方设置第一热调相移器(106)，所述第一热调相移器(106)为金属，其中间部分为第一加热电阻(106a)，加热所述第一加热电阻(106a)产生波导相移；

所述微环谐振器(110)即环形微环波导(115)，所述环形微环波导(115)上方设置压电陶瓷(108)，在高频电压信号驱动下，受到所述压电陶瓷(108)向下的应力，所述光波导层(104)的应力折射率发生改变导致谐振波长改变，自注入状态随之改变，以实现激光器的调频。

4.如权利要求3所述的窄线宽激光器，其中，

所述压电陶瓷(108)通过环氧树脂胶水与所述衬底层(101)粘贴在一起。

5.如权利要求3－4任意一个所述的窄线宽激光器，其中通过弹光效应进行扫频，压电陶瓷(108)在12kHz调制速率下调频范围为1.69GHz，在20Khz调制速率下调频范围为0.91GHz。

6.如权利要求1－3任意一个所述的窄线宽激光器，其中所述微环谐振器(110)兼具反射选择波长的滤波器和反射镜的功能，将谐振波长处附近的光部分反射回所述分布式反馈激光器(103)并且同时将谐振波长附近的光滤波输出。