在2022合集里写过去年上海交大用于激光雷达FMCW的可调谐窄线宽激光器的设计。线宽很窄,但是调制会出现啁啾,而啁啾对于测量精度的影响很大。
上海交大这次对啁啾做了很大的改善与优化。下图是他们对比几个激光器在FMCW应用中啁啾和其他参数的一个影响。有些观点和我所理解的产业目前状态略有不同,但是对于啁啾的说法,这几个对比还是很有意义的。
无论是DBR,还是DFB,啁啾很大,源于他们是一体化的InP激光器,如果DBR设计为游标腔,中心波长就不是固定的,而是宽范围可调谐的。但是啁啾的产生,有两个因素,一个是InP具有线性的泡克尔斯效应,因为他们的闪锌矿原子分布结构具有一丁点的压电效果,有但不强,是另一个因素,就是载流子对于FMCW的电光响应并非线性的,所以会有啁啾。
匡国华备注,强调,FMCW的调制和光模块中的调制,概念不同。光模块中的可调谐激光器,或固定波长窄线宽激光器,可以用于激光雷达,激光雷达FMCW说的“调制”和用于咱光模块的那个“调制”不是一个意思啊。
同样的激光器,用于激光雷达里的FMCW场景,所谓的“调制”用于描述FM,是强调频率调制(频率改变)的意思,这个说法,在光模块里叫做“波长调谐”,总的意思是“改变频率”
这个激光器用于光模块的话,属于CW光源,调制器是另外的一个芯片,那个调制是更高频的调制器,是AM,是“幅度调制”,如果用于相干模块,是幅度调制后,通过相位控制并叠加后,形成星座图,就是宏观上是相位调制,微观的调制器仍属于幅度调制。
稍微有点乱,DBR激光器在光模块中,“改变频率”不叫调制,叫做波长调谐,否则,很容易和光模块中的另一个“调制器”弄混淆。
在光模块里聊过太多太多的可调谐InP激光器了,不再细说。
上交提到的自注入锁波的激光器,他们也做了优化,选择了薄膜铌酸锂材料,提高电光调制的线性度,降低啁啾,其次是采用锁波(或叫锁相),用于降低啁啾。 之前也写过N多波长锁定结构。
上交这几年研究基于氮化硅波导的外腔可调谐激光器,采用微环做游标效应,增大调谐范围,利用氮化硅波导的低损耗,提高微环的Q因子,增大等效腔长,降低线宽。
去年上交的分析,我收集在合集里了。
今年做了两件事,第一件就是“非线性”调制的补偿,第二是增加了锁相环(也就是波长锁定)
先看非线性的电光效应,调制电压信号与输出的光学频率,二者非线性,业内有两个解决方案,第一换成线性材料,比如前头说的薄膜铌酸锂,PZT等压电陶瓷。第二,做补偿。
上交选择了第二种方案,调制时电压做“预补偿”变化,调制后的电光响应曲线就“线性”了。
再一个就是增加了锁波控制,在光模块的可调谐激光器里必备功能,锁波方式有好多种,本质上是负反馈的闭环控制,所谓的EOPLL,说的是闭环环路中既有光学,也有电路,结合形成控制回路,在2021合集下册中写过的,Infinera采用这种方案。
PID,P 比例proportion、I积分integral、D微分derivative,这 是自动控制课程里的一个常见名词,利用电感、电容、电阻,形成积分、微分等控制曲线。
加锁波,分辨率从几米,降低到几厘米。