近期，中國科學院上海光機所空間激光信息傳輸與探測技術重點實驗室研究團隊聯(lián)合張江實驗室提出光反饋強度可調(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度下激光器動態(tài)演變過程，表明優(yōu)化光反饋強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、擴展鎖定調(diào)諧范圍。相關研究成果以“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、精密計量傳感、光計算等應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體激光器進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度與微環(huán)諧振腔波導加工工藝以及芯片間耦合封裝損耗相關，通常強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構示意圖、封裝成品

研究團隊提出一種基于高Q值微環(huán)諧振腔的光反饋強度可調(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，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)諧振腔光反饋強度不可控的難題。反饋光強度經(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）。相關工作在FMCW激光雷達、高精度光纖傳感等相干探測和精密計量領域具有重要的應用價值。

圖 2. 不同光反饋強度下激光器頻率噪聲、線寬測試結果。(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)頻結果；(c) 后反射腔鏡反射率為 32% 時調(diào)頻結果