具有移相器的外腔激光器的制作方法

本发明涉及光学光源和系统。特别是，本发明涉及用于远程成像应用的激光器装置。

背景技术：

1、在自主装置和系统的出现的情况下，越来越关注改进远程成像系统的性能。例如，诸如光检测和测距(lidar)系统之类的远程成像系统依靠越来越复杂的成像器，所述成像器能够以毫米级精度来解析数十米以上的目标特征。激光器通常用作用于这类lidar系统的光源。激光器性能中的改进能够显著改进成像系统的性能，以及在许多情况下降低成像系统的成本。

2、近来，频率调制连续波长(fmcw)lidar系统因若干固有优点(例如，瞬时速度、深度以及与所成像的每一个目标位置关联的目标材料特定信息)而取得进入远程成像空间的显著进展(make inroad into)。此外，fmcw lidar系统能够避免来自在公共视场(fov)内进行操作的其他lidar系统的干扰，并且能够在无需环境照明的情况下获取图像。

3、用于对fmcw lidar系统的激光器光源进行频率调制的常见方法包括激光器驱动电流的幅度调制。由于依靠与激光器的增益介质关联的载流子注入和载流子耗尽速度，这种幅度调制的调制频率倾向于被限制到数百khz。载流子注入和耗尽也可引起温度变化和热耗散问题，其进一步限制激光器的频率可被改变或啁啾(chirp)的速率。这可限制fmcwlidar系统的总体操作速度。因此，数百khz的受限幅度调制频率限制fmcw lidar系统的总体操作速度。

4、激光器驱动电流的幅度调制的载流子注入和耗尽阶段期间的激光器温度的变化能够进一步引起激光器啁啾信号中的非线性度。例如，激光器的啁啾频率在激光器信号的上啁啾部分期间可能没有线性增加，以及在下啁啾部分期间可能没有线性减少。通过引起信噪比(snr)的降级、误报的增加、目标检测概率的减小、操作范围的减小和/或操作速度的减小，啁啾非线性度能够显著影响fmcw lidar系统性能。因此，实现用于fmcw激光器的高线性啁啾率以用于支持改进的lidar性能是越来越重要的。

技术实现思路

1、本概述不是意在识别本文中的公开的关键或本质特征，而是只概括其某些特征和变化。在以下小节中还将描述其他细节和特征。

2、本文所述的特征的一些特征涉及一种光学系统，所述光学系统包括被定位在支承底座上的激光器。所述光学系统可包括电路、电子器件、存储器和/或处理元件，其用于生成激光器信号。在一些实施例中，所述光学系统可与光检测和测距(lidar)系统接口连接以用于远程成像应用。

3、激光器可以是可调谐(tunable)激光器，例如，可包括增益介质、移相器元件和光栅(grating)的外腔激光器(ecl)。移相器元件可以是p-i-n移相器，其被定位在ecl的腔区内。

4、p-i-n移相器可包括具有用于应用电压偏置的接触部(例如金属接触部)的区域。来自p-i-n移相器的电流注入和耗尽可通过改变应用到接触部的电压而被控制。来自p-i-n移相器的电流注入和耗尽可改变对应折射率分布(profile)，由此引起能够由激光器腔支持的峰发射波长的变化。因此，p-i-n移相器能够使ecl根据扰动激光器腔区的相位长度的折射率的变化以不同频率发出激光。ecl则能够用来生成具有良好啁啾线性度、窄线宽和/或增加的啁啾率的啁啾激光器输出。这能够实现高性能fmcw lidar系统的开发，所述系统表现出高snr、快速扫描速度、高精度和/或改进的准确性而无需增加成本。

技术特征：

1.一种用于啁啾激光器输出波长的方法，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中，改变所述初始电压偏置基于：

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

4.如权利要求3所述的方法，其中，将所述修改的电压偏置波形应用于所述移相器元件重新线性化所述激光器。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述移相器元件是基于p-i-n的移相器。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述啁啾线性度基于确定所述激光器输出波长是否随时间过去而在改变线性度。

7.一种系统，包括：

8.如权利要求7所述的系统，其中，所述计算装置进一步配置成基于下列来改变所述初始电压偏置：

9.如权利要求7所述的系统，其中，所述计算装置进一步配置成：

10.如权利要求9所述的系统，其中，将所述修改的电压偏置波形应用于所述移相器元件重新线性化所述激光器。

11.如权利要求7所述的系统，其中，所述移相器元件是基于p-i-n的移相器，并且其中所述初始电压偏置与跨所述p-i-n区的电压的应用关联。

12.如权利要求7所述的系统，其中，计算装置进一步配置成基于与所述激光器输出关联的所述波长是否随时间过去而在改变线性度来确定所述啁啾线性度。

13.如权利要求7所述的系统，其中，所述pic进一步包括光栅，所述光栅配置成控制与所述激光器输出关联的所述波长。

14.一种系统，包括：

15.如权利要求14所述的系统，其中，所述计算装置进一步配置成基于下列来改变所述初始电压偏置：

16.如权利要求14所述的系统，其中，所述计算装置进一步配置成：

17.如权利要求16所述的系统，其中，将所述修改的电压偏置波形应用于所述移相器元件重新线性化所述ecl。

18.如权利要求14所述的系统，其中，所述移相器元件是基于p-i-n的移相器，并且其中所述初始电压偏置与跨所述p-i-n区的电压的应用关联。

19.如权利要求14所述的系统，其中，计算装置进一步配置成基于与所述激光器输出关联的所述波长是否随时间过去而在改变线性度来确定所述啁啾线性度。

20.如权利要求14所述的系统，其中，所述ecl包括增益芯片，并且其中所述初始电压偏置控制与所述移相器元件关联的注入电流。

技术总结
本文所述的系统和方法针对光学光源，例如具有有源移相器的外腔激光器(ECL)。所述系统可包括控制电路系统，其用于控制与有源移相器关联的一个或多个参数。移相器可以是p‑i‑n移相器。控制电路系统可引起与移相器关联的折射率的变化，由此改变ECL的激光频率。ECL可配置成基于生成频率调制光信号而作为用于光检测和测距(LIDAR)系统的光源进行操作。在一些实施例中，ECL可生成具有增加和减少啁啾频率的交替段的输出LIDAR信号。在对环境温度波动依赖小的情况下，ECL可表现出增加的稳定性和改进的啁啾线性度。

技术研发人员：A·A·塔瓦莱
受保护的技术使用者：硅光芯片技术公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13