微型水平的最新激光
许多新兴手艺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手艺以及应急系统的种种应用中都至关主要。高质量的激光照旧高速、大容量数据中央(互联网的主干)的关jian部门。
在评估激光器的质量时,研究人yuan会关注激光器频率中的噪声,即激光器光波每秒切换一ci的ci数。低质量,“嘈杂”的激光器在这些切换中具有更多的随机转变,从而使它们对于旨在返回准确丈量效果或转达麋集信息的系统毫无用处。
现在,具有足够低的低频噪声的激光器体积大,价钱昂贵而且对于大规模制造是不切现实的选择。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装备来解决此问题,gai滤波器可以放置在低成本激光器之后,以显著抑制其自力于光源的相位噪声。混淆集成电子光子系统使用电子光子环路丈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关水平,而不会与光源发生相互作用。效果,输出光信号体现出比输入光低的相位噪声,理想qing况下同时具有相同的光功率。
图1a. 相位噪声滤波器框图。gai滤波器放置在相关光源之后,而且自力于光源抑制其相位噪声; b. PDH激光稳固系统的框图; c. 前馈线宽减小系统的框图; d. 与光詂i薰氐幕诜蠢〉南呖砑跣∠低车目蛲,其中丈量、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自力于光源的混淆电子-光子反馈环路的环路zeng益抑制
激光相位噪声降低要领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举行较量,并将发生的误差信号注入反馈回路中的激光器。
图1b显示了普遍用于激光稳固的Pound–Drever–Hall(PDH)系统的框图,其中将激光频率与光学频率基准举行较量,并将获得的误差信号,即读出电流,放大、滤波并注入到激光器中,襶uan蘸戏蠢』芈。在这样的系统中,相位噪声降低带宽通常是有限的,襶uan苊舛杂谧愎淮蟮幕仿穤eng益的不稳固性。此外,由于激光器是反馈回路的一部门,其特征如频率调制(调频)响应可能会进一步降低环路稳固性。
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目级,功耗也低了几分之一(由于接纳了定制的级间匹配,而不是尺度的50Ω匹配)。由于系统尺寸。郧樾蔚唪さ拿舾卸认宰沤系,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划分设置为π弧度和π/2弧度。
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