近期，中國科學(xué)院上海光機(jī)所空間激光信息傳輸與探測技術(shù)重點實驗室研究團(tuán)隊聯(lián)合張江實驗室提出光反饋強(qiáng)度可調(diào)的自注入鎖定窄線寬可調(diào)諧片上激光器，理論及實驗研究了不同光反饋強(qiáng)度下激光器動態(tài)演變過程，表明優(yōu)化光反饋強(qiáng)度可以有效提升自注入鎖定的穩(wěn)定性、優(yōu)化噪聲抑制效果、擴(kuò)展鎖定調(diào)諧范圍。相關(guān)研究成果以“A Self-Injection Locked Laser based on High-Q Micro-Ring Resonator with Adjustable Feedback”為題發(fā)表于Journal of Lightwave Technology。

目前，硅基光電子芯片系統(tǒng)級集成迅速發(fā)展，在相干激光通信、相干探測激光雷達(dá)、精密計量傳感、光計算等應(yīng)用場景中扮演著重要角色，芯片系統(tǒng)級集成對前端低噪聲激光光源的體積、重量、功耗同樣提出了嚴(yán)格要求。高品質(zhì)因子氮化硅微環(huán)諧振腔可提供積累的背向瑞利散射光反饋，將其與分布式反饋半導(dǎo)體激光器進(jìn)行混合集成可獲得高集成度的自注入鎖定片上窄線寬光源。但由于反饋回激光器的背向瑞利散射強(qiáng)度與微環(huán)諧振腔波導(dǎo)加工工藝以及芯片間耦合封裝損耗相關(guān)，通常強(qiáng)度較低且難以精確調(diào)控，自注入鎖定片上激光器存在穩(wěn)定性不高、調(diào)諧范圍受限的問題。

圖 1. 混合集成自注入鎖定窄線寬激光器結(jié)構(gòu)示意圖、封裝成品

研究團(tuán)隊提出一種基于高Q值微環(huán)諧振腔的光反饋強(qiáng)度可調(diào)片上自注入鎖定窄線寬激光器（如圖1所示），通過引入由馬赫曾德爾干涉儀和薩格納克環(huán)形鏡構(gòu)成的反射率可調(diào)后腔鏡，通過調(diào)節(jié)MZI兩臂相位差調(diào)整反饋光強(qiáng)，在保證輸出激光頻率處于微環(huán)諧振腔諧振中心的同時，解決了微環(huán)諧振腔光反饋強(qiáng)度不可控的難題。反饋光強(qiáng)度經(jīng)過優(yōu)化的自注入鎖定激光器具有更低的頻率噪聲和更大的鎖定帶寬，本征線寬壓低至60 Hz,鎖定調(diào)諧范圍拓展到6.3 GHz（如圖2、圖3所示）。相關(guān)工作在FMCW激光雷達(dá)、高精度光纖傳感等相干探測和精密計量領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

圖 2. 不同光反饋強(qiáng)度下激光器頻率噪聲、線寬測試結(jié)果。(a)激光器頻率噪聲功率譜密度；(b) 激光器本征線寬、1ms 積分線寬

圖 3. 優(yōu)化光反饋強(qiáng)度前后激光器調(diào)諧范圍對比。(a) 后反射腔鏡反射率為 0% 時調(diào)頻結(jié)果；(c) 后反射腔鏡反射率為 32% 時調(diào)頻結(jié)果