具有移相器的外腔激光器制造技术

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

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有移相器的外腔激光器
相关申请
[0001]本申请是2020年9月20日提交的标题为“EXTERNAL CAVITY LASER WITH A PHASE SHIFTER”并且全部被结合的美国专利申请No.17/026270的续案。


[0002]本专利技术涉及光学光源和系统。特别是，本专利技术涉及用于远程成像应用的激光器装置。

技术介绍

[0003]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。
[0004]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。
[0005]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FMCW LiDAR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。
[0006]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

[0007]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。
[0008]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。
[0009]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
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n移相器，其被定位在ECL的腔区内。
[0010]p
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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
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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
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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
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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。
附图说明
[0011]在附图的图中作为示例而不是作为限制来图示本文中的一些特征，以及在附图中，相似参考数字指代类似元件。
[0012]图1示出根据本文所述的各个实施例的远程成像系统。
[0013]图2示出包括具有移相器的可调谐激光器的远程成像装置的示例图示。
[0014]图3示出根据本文所述的各个实施例的与成像装置的光子组件接口连接的电子器件、控制和处理电路系统的示例图示。
[0015]图4示出根据本文所述的各个实施例的具有移相器的ECL的示例图示。
[0016]图5示出根据本文所述的各个实施例的具有图4的移相器的ECL的截面图。
[0017]图6示出根据本文所述的各个实施例的与移相器关联的相变和光学损失与注入载流子浓度的曲线图。
[0018]图7示出根据本文所述的各个实施例的用于移相器的峰波长发射与电流的曲线图。
[0019]图8A
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8B示出根据本文所述的各个实施例的示范流程图。
具体实施方式
[0020]现在将参照附图更全面地描述示例实施例。许多备选形式可被体现，以及示例实施例不应当被理解为局限于本文所提出的示例实施例。在附图中，相似参考数字指代相似元件。
[0021]如本文所使用的，术语“和/或”包括关联项的一个或多个的任何和所有组合。除非另有明确说明或者如从论述是显而易见的，否则诸如“处理”或“计算”或“运算”或“确定”或“显示”或诸如此类的术语指代计算系统或类似电子计算装置的动作和过程，其操纵被表示为计算系统的寄存器和存储器内的物理、电子量的数据并且将其变换为类似地被表示为计算系统的存储器或寄存器或其他这种信息存储、传送或显示装置内的物理量的其他数据。
[0022]在以下描述中，将参照操作的符号表示(例如，采用流程图的形式)来描述说明性实施例，所述操作可被实现为程序模块或功能过程，包括例程、程序、对象、组件、数据结构
101可以是LIDAR芯片的部分。LIDAR系统可生成输出光信号(例如，LIDAR输出信号)，其在不同啁啾持续时间内经过频率调制。例如，在第一啁啾持续时间(t1)内，频率可线性增加，以及波长可线性减少。在第二啁啾持续时间(t2)捏，频率可线性减少，以及波长可线性增加。这可在不同啁啾持续时间内改变LIDAR输出信号的波长。例如，LIDAR输出信号的波长可根据可调谐激光器的操作的波长范围在1200nm至1320nm之间、在1400nm至1590nm之间和在1900至2100nm之间改变。在一些实施例中，一个或多个可调谐激光器可配置成生成多个LIDAR输出信号，其中波长与1200nm至1320nm范围、1400nm至1590nm范围和/或1900nm至2100nm范围关联。
[0030]具有线性增加的传出LIDAR信号频率的第一啁啾持续时间可称作上斜啁啾，以及具有线性减少的信号频率的第二啁啾持续时间可称作下斜啁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于啁啾激光器输出波长的方法，包括：由计算装置来控制激光器驱动电流；由所述计算装置并且基于所述激光器驱动电流来选择与移相器元件关联的初始电压偏置；由所述计算装置来分析与所述激光器输出波长关联的啁啾线性度；以及由所述计算装置并且基于所述啁啾线性度来改变与所述移相器元件关联的所述初始电压偏置。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：确定与所述啁啾线性度关联的线性度校正因子；以及将所述线性度校正因子应用于所述初始电压偏置的波形。3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：周期地监测与所述激光器输出波长关联的所述啁啾线性度；确定所述啁啾线性度已经满足阈值线性度值；基于所述阈值线性度值来确定修改的电压偏置波形；以及将所述修改的电压偏置波形应用于所述移相器元件。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
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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：至少一个光子集成电路(PIC)，其包括：激光器，其配置成生成激光器输出；以及移相器元件，其配置成基于改变与所述激光器输出关联的波长来啁啾所述激光器输出；以及计算装置，其配置成：控制与所述激光器关联的激光器驱动电流；基于所述激光器驱动电流来选择与所述移相器元件关联的初始电压偏置；分析与所述激光器输出关联的啁啾线性度；以及基于所述啁啾线性度来改变与所述移相器元件关联的所述初始电压偏置。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：确定与所述啁啾线性度关联的线性度校正因子；以及将所述线性度校正因子应用于所述初始电压偏置的波形。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：周期地监测与所述激光器输出波长关联的所述啁啾线性度；确定所述啁啾线性度已经满足阈值线性度值；基于所述阈值线性度值来确定修改的电压偏置波形；以及将所述修改的电压偏置波形应用于所述移相器元件。
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：硅光芯片技术公司，
类型：发明
国别省市：