CN113764981A - 可调谐激光源和包括可调谐激光源的光转向装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种可调谐激光源，其包括：多个光波导；至少三个光谐振器，设置在所述多个光波导之间并与所述多个光波导光耦合，所述至少三个光谐振器具有不同的长度；以及至少一个光放大器，设置在所述多个光波导中的至少一个上，其中，所述至少三个光谐振器中的第一光谐振器的第一长度与所述至少三个光谐振器中的第二光谐振器的第二长度的比不是整数。

Description

可调谐激光源和包括可调谐激光源的光转向装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年6月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0067314的优先权，其公开内容通过引用的方式全部并入本文中。
技术领域
本公开的示例实施例涉及可调谐激光源和包括可调谐激光源的光转向装置。
背景技术
在其中集成了光学元件的集成光学电路中，光源是重要的组件。光源可以分为单波长类型和可变波长类型(可调谐类型)，并且特别地，对于可调谐激光源作为用于诸如光检测和测距(LiDAR)装置的光转向装置的光源，人们越来越感兴趣。当将单波长光源用作光转向装置的光源时，对于二维光学扫描，需要其中天线被二维布置的天线阵列。然而，当将可调谐光源用作光转向装置的光源时，可以使用其中天线被一维布置的天线阵列进行二维光学扫描。
发明内容
一个或多个示例实施例提供了可调谐激光源和包括可调谐激光源的光转向装置。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对示例实施例的实践来获知。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种可调谐激光源，其包括：多个光波导；至少三个光谐振器，设置在所述多个光波导之间并与所述多个光波导光耦合，所述至少三个光谐振器具有不同的长度；以及至少一个光放大器，设置在所述多个光波导中的至少一个上，其中，所述至少三个光谐振器中的第一光谐振器的第一长度与所述至少三个光谐振器中的第二光谐振器的第二长度的比不是整数。
所述至少三个光谐振器可以包括具有第一周长的第一环形谐振器、具有大于第一周长的第二周长的第二环形谐振器和具有大于第二周长的第三周长的第三环形谐振器。
第三周长与第一周长的第一比或第三周长与第二周长的第二比可以不是整数。
第三周长与第一周长的第一比或第三周长与第二周长的第二比可以是在小数点后具有两位或更多位的有理数。
第三周长与第一周长的第一比或第三周长与第二周长的第二比可以是无理数。
第一周长和第二周长之间的差可以是第一周长的1％至10％。
可调谐激光源还可以包括分别设置在第一环形谐振器、第二环形谐振器和第三环形谐振器上的控制器，该控制器被配置为分别调节第一环形谐振器、第二环形谐振器和第三环形谐振器的折射率。
可调谐激光源还可以包括设置在所述多个光波导中的至少一个上的至少一条光延迟线。
可调谐激光源还可以包括设置在第一环形谐振器、第二环形谐振器和第三环形谐振器中的至少一个上的至少一条光延迟线。
可调谐激光源还可以包括与第三环形谐振器光耦合的第四环形谐振器，其中，第四环形谐振器的尺寸等于第三环形谐振器的尺寸。
可调谐激光源还可以包括设置在所述多个光波导中的至少一个上的至少一个移相器。
可调谐激光源还可以包括设置在所述多个光波导中的至少一个的至少一个输出端口上的至少一个监视设备。
可调谐激光源可以形成闭环谐振器。
可调谐激光源可以形成法布里-珀罗谐振器。
可调谐激光源还可以包括设置在法布里-珀罗谐振器的两端处的光栅镜或萨尼亚克镜。
根据另一示例实施例的一个方面，提供了一种光转向装置，其包括可调谐激光源、以及被配置为使从可调谐激光源入射的激光束转向的转向设备，其中，可调谐激光源包括：多个光波导；至少三个光谐振器，设置在所述多个光波导之间并与所述多个光波导光耦合，所述至少三个光谐振器具有不同的长度；以及至少一个光放大器，设置在所述多个光波导中的至少一个上，其中，所述至少三个光谐振器中的第一光谐振器的第一长度与所述至少三个光谐振器中的第二光谐振器的第二长度的比不是整数。
所述至少三个光谐振器可以包括具有第一周长的第一环形谐振器、具有大于第一周长的第二周长的第二环形谐振器和具有大于第二周长的第三周长的第三环形谐振器，并且第三周长与第一周长的第一比或第三周长与第二周长的第二比可以不是整数。
可调谐激光源还可以包括设置在所述多个光波导中的至少一个的至少一个输出端口上的至少一个监视设备。
光转向装置还可以包括设置在转向设备的光输出部分中的一维天线阵列。
光转向装置还可以包括检测器，该检测器被配置为检测由转向设备转向的激光束。
根据另一示例实施例的一个方面，提供了一种可调谐激光源，其包括：多个光波导；至少三个光谐振器，设置在所述多个光波导之间并与所述多个光波导光耦合，所述至少三个光谐振器具有不同的长度；以及至少一个光放大器，设置在所述多个光波导中的至少一个上，其中，所述至少三个光谐振器中的第一光谐振器的第一长度与所述至少三个光谐振器中的第二光谐振器的第二长度的比不是整数，并且其中，所述至少三个光谐振器中的至少一个光谐振器设置在所述至少一个光放大器的一侧，以及所述至少三个光谐振器中的至少两个光谐振器设置在所述至少一个光放大器的相对侧。
附图说明
根据结合附图的以下描述，示例实施例的以上和/或其他方面、特征和优点将更清楚，在附图中：
图1是示出了根据示例实施例的可调谐激光源的视图；
图2A、图2B和图2C是示出了根据图1所示的可调谐激光源的环形谐振器的周长比的光损耗差的视图；
图3示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源；
图4示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源；
图5示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源；
图6示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源；
图7示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源；
图8示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源；
图9示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源；
图10示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源；
图11示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源；以及
图12示出了根据示例实施例的光转向装置。
具体实施方式
现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，示例实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。如本文所使用的，术语“和/或”包括关联列出的项目中的一个或多个的任意和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述当在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c两者、或包括a、b和c的全部。
在下文中，将参考附图来描述示例实施例。在附图中，为了清楚说明，可以放大元件的尺寸。本文所描述的示例实施例仅用于说明目的，并且可以在其中进行各种修改。
在下面的描述中，当一元件被称为在另一元件“之上”或“上”时，其可以直接在该另一元件的上、下、左或右侧上，同时与该另一元件接触，或者可以在该另一元件的上、下、左或右侧之上而不接触该另一元件。除非另外提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式。还将理解，本文中使用的术语“包括”和/或“包含”指定存在所描述的特征或元件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征或元件。
用定冠词或指示代词提及的元件可以被解释为一个或多个元件，即使它为单数形式。除非在顺序方面明确描述或相反地描述，否则可以按适当的顺序执行方法的操作，而不限于所描述的顺序。
在本公开中，诸如“单元”或“模块”之类的术语可以用于表示具有至少一个功能或操作的单元，并且用硬件、软件或者硬件和软件的组合来实现。
此外，附图中描绘的元件之间的线连接或连接构件通过示例的方式表示功能连接和/或物理或电路连接，并且在实际应用中，它们可以被各种其他功能连接、物理连接或电路连接代替或实现。
示例或示例性术语在本文中仅用于描述技术思想，并且不应将其视为限制的目的，除非由权利要求限定。
图1示出了根据示例实施例的可调谐激光源100。图1示出了片上类型的可调谐激光源100，其中所有组件都被集成在衬底110上。可调谐激光源100可以是例如可调谐激光二极管。
图1所示的可调谐激光源100总体上可以形成闭环谐振器。参考图1，可调谐激光源100可以包括：多个光波导111、112和113，布置在光波导111、112和113之间的三个或更多个光谐振器R1、R2和R3，以及设置在光波导111、112和113上的一个或多个光放大器121和122。
可以通过半导体工艺将光波导111、112和113、三个或更多个光谐振器R1、R2和R3以及一个或多个光放大器121和122集成在衬底110上。这里，衬底110可以是诸如硅衬底的半导体衬底，但是衬底110不限于此。
光波导111、112和113可以包括彼此分离的第一光波导111、第二光波导112和第三光波导113。第一光波导111、第二光波导112和第三光波导113可以并排布置，但是不限于此。第一光波导111、第二光波导112和第三光波导113可以包括例如硅。然而，这仅是示例，并且第一光波导111、第二光波导112和第三光波导113可以包括各种其他材料。
三个或更多个光谐振器R1、R2和R3可以包括第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3。例如，第一环形谐振器R1可以布置在第一光波导111和第二光波导112之间。这里，第一环形谐振器R1可以与第一光波导111和第二光波导112物理上分离，但是可以与第一光波导111和第二光波导112光耦合。第一环形谐振器R1可以与第一光波导111和第二光波导112物理上分离大约0.1μm至大约1μm，但是实施例不限于此。
第二环形谐振器R2可以布置在第二光波导112和第三光波导113之间。这里，第二环形谐振器R2可以与第二光波导112和第三光波导113物理上分离，但是可以与第二光波导112和第三光波导113光耦合。第二环形谐振器R2可以与第二光波导112和第三光波导113物理上分离大约0.1μm至大约1μm，但是实施例不限于此。
第三环形谐振器R3可以布置在第一光波导111和第三光波导113之间。这里，第三环形谐振器R3可以与第一光波导111和第三光波导113物理上分离，但是可以与第一光波导111和第三光波导113光耦合。第三环形谐振器R3可以与第一光波导111和第三光波导113物理上分离大约0.1μm至大约1μm，但是实施例不限于此。
第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3中的每一个可以具有圆形形状或各种其他环形形状。第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3可以具有不同的长度，例如，不同的周长。例如，第一环形谐振器R1可以具有第一周长L1，第二环形谐振器R2可以具有大于第一周长L1的第二周长L2，第三环形谐振器R3可以具有大于第二周长L2的第三周长L3。例如，第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3中的每一个可以具有大约几十微米(μm)或大约几百微米(μm)的周长。然而，实施例不限于此，并且第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的每一个可以具有各种其他的周长。
第一周长L1和第二周长L2之间的差可以取决于可变的波长范围。例如，第一周长L1和第二周长L2之间的差可以是第一周长L1的大约1％至大约10％。然而，实施例不限于此。此外，如稍后所述，当第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1或第三周长L3与第二周长L2的比L3/L2被设计为除整数以外的数字时，可以改进模式选择性。
控制器151、152和153可以分别设置在第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3附近，以调节第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的折射率。例如，被配置为调节第一环形谐振器R1的折射率的第一控制器151可以设置在第一环形谐振器R1附近，被配置为调节第二环形谐振器R2的折射率的第二控制器152可以设置在第二环形谐振器R2附近，并且被配置为调节第三环形谐振器R3的折射率的第三控制器153可以设置在第三环形谐振器R3附近。在图1所示的示例中，控制器151、152和153设置在环形谐振器R1、R2和R3内部。然而，实施例不限于此，并且可以对控制器151、152、153的位置进行各种修改。
第一控制器151、第二控制器152和第三控制器153可以分别控制第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的折射率，使得第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3中的每一个的谐振波长梳可以沿着波长轴水平移动以实现可变波长，如稍后所述。
例如，控制器151、152和153可以分别包括：加热元件，被配置为通过加热环形谐振器R1、R2和R3来改变环形谐振器R1、R2和R3的折射率；电极元件，被配置为通过在环形谐振器R1、R2和R3周围施加电场来改变环形谐振器R1、R2和R3的折射率；或者压电元件，被配置为通过使环形谐振器R1、R2和R3变形来改变环形谐振器R1、R2和R3的折射率。
一个或多个光放大器121和122可以包括设置在光波导111、112和113上的第一光放大器121和第二光放大器122。在图1所示的示例中，第一光放大器121设置在第一光波导111上，第二光放大器122设置在第三光波导113上。然而，实施例不限于此，并且光放大器的数量和位置可以不同地确定。第一环形谐振器R1和第二环形谐振器R2可以设置在第一光放大器121和第二光放大器122的一侧，并且第三环形谐振器R3可以设置在第一光放大器121和第二光放大器122的另一侧。
第一光放大器121和第二光放大器122可以被配置为放大光并且也被配置为生成光。第一光放大器121和第二光放大器122中的每一个可以包括例如半导体光放大器。例如，可以通过在包括硅的光波导上沉积包括III-V族半导体或II-VI族半导体的材料层来形成半导体光放大器。然而，实施例不限于此，并且第一光放大器121和第二光放大器122中的每一个可以包括离子掺杂放大器。
由第一光放大器121和第二光放大器122中的至少一个生成的光可以在图1所示的闭环谐振器中顺时针或逆时针地传播通过第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的同时被放大，然后可以以预期的谐振波长输出。图1示出了其中经放大的激光束L通过第一光波导111的主输出端口输出到外部的示例。
通常，环形谐振器具有谐振波长梳，该谐振波长梳包括以取决于环形谐振器的周长所确定的间隔布置的谐振波长。当具有不同周长的多个环形谐振器彼此组合时，生成具有不同间隔的多个谐振波长梳，并且在这些谐振波长梳中，仅可以选择其中布置有第一谐振波长的第一振荡模式以使单模激光束振荡。此外，通过调节至少一个环形谐振器的折射率，至少一个谐振波长梳可以沿着波长轴水平移动，因此可以选择其中布置有第二谐振波长的第二振荡模式来代替第一振荡模式，从而实现可调谐激光源。
在可调谐激光源中，对于稳定的单模振荡需要高的模式选择性。模式选择性可以由作为最有利振荡模式的振荡模式与作为第二最有利振荡模式的竞争模式之间的光增益差或光损耗差来确定。假设光增益与波长无关，则模式选择性可以由振荡模式与竞争模式之间的光损耗差来确定。
在振荡模式下，所有谐振波长都被对准，而在竞争模式下，至少一些谐振波长未对准。因此，在振荡模式和竞争模式之间发生光损耗差，并且随着光损耗差的增加，模式选择性可能会增加。
可以通过调节第一环形谐振器R1的第一周长L1、第二环形谐振器R2的第二周长L2和第三环形谐振器R3的第三周长L3，来改进示例实施例的可调谐激光源100的模式选择性。
如上所述，第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3可以分别具有第一周长L1、第二周长L2和第三周长L3。这里，当第三环形谐振器R3的第三周长L3与第一环形谐振器R1的第一周长L1的比L3/L1或第三环形谐振器R3的第三周长L3与第二环形谐振器R2的第二周长L2的比L3/L2被设计为除整数以外的数字时，可以改进可调谐激光源100的模式选择性，如稍后所述。
图2A至图2C是示出了根据图1所示的可调谐激光源100的环形谐振器R1、R2和R3的周长比的光损耗差的视图。在图2A至图2C所示的示例中，第一环形谐振器R1的第一周长L1与第二环形谐振器R2的第二周长L2之间的差为第一周长L1的1％至10％。
图2A示出了当第三环形谐振器R3的第三周长L3是第一环形谐振器R1的第一周长L1的两倍时第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的波长梳、以及第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的组合的波长梳，其中第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1为2。
图2B示出了当第三环形谐振器R3的第三周长L3是第一环形谐振器R1的第一周长L1的三倍时第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的波长梳、以及第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的组合的波长梳，其中第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1为3。
图2C示出了当第三环形谐振器R3的第三周长L3是第一环形谐振器R1的第一周长L1的2.5倍时第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的波长梳、以及第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的组合的波长梳，其中第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1为2.5。
参考图2A至图2C，当第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1为2.5时的振荡模式与竞争模式之间的光损耗差ΔH3大于当第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1为2时的光损耗差ΔH1和当第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1为3时的光损耗差ΔH2。
在模拟实验中，在改变第三环形谐振器R3的第三周长L3与第一环形谐振器R1的第一周长L1的比L3/L1的同时测量了光损耗差。在模拟实验中，将第一环形谐振器R1的第一周长L1与第二环形谐振器R2的第二周长L2之间的差设置为第一周长L1的1％至10％。
当仅第一环形谐振器R1和第二环形谐振器R2彼此组合时，振荡模式和竞争模式之间的光损耗差被测量为低至大约11dB至大约14dB。这表明当仅使用两个环形谐振器时，模式选择性可能相对较低。
当第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1被设置为2和3时，振荡模式和竞争模式之间的光损耗差被测量为大约12dB至大约16dB。这表明，当在包括三个环形谐振器R1、R2和R3的可调谐激光源100中将第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1设置为整数时，可调谐激光源100的模式选择性可以与仅使用两个环形谐振器的情况一样低。
当第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1被设置为2.5时，振荡模式和竞争模式之间的光损耗差被测量为大约16dB至大约20dB。这表明，当在包括三个环形谐振器R1、R2和R3的可调谐激光源100中将第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1设置为非整数时，与比L3/L1是整数的情况相比，可以改进可调谐激光源100的模式选择性。
当第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1被设置为2.25和2.75时，振荡模式和竞争模式之间的光损耗差被测量为大约24dB至大约28dB。当第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1被设置为2.225和2.275时，振荡模式和竞争模式之间的光损耗差被测量为大约32dB至大约37dB。
这些结果表明，当包括三个环形谐振器则、R2和R3的可调谐激光源100的第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1被设置为在小数点后具有两位或更多位的有理数时，进一步改进可调谐激光源100的模式选择性。此外，这些结果表明，模式选择性随着小数点后位数的增加而改进。因此，当包括三个环形谐振器R1、R2和R3的可调谐激光源100的第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1被设置为无理数时，可调谐激光源100可以具有改进的模式选择性。
尽管仅关于第三环形谐振器R3的第三周长L3与第一环形谐振器R1的第一周长L1的比L3/L1给出了上述描述，但是上述描述可以应用于第三环形谐振器R3的第三周长L3与第二环形谐振器R2的第二周长L2的比L3/L2。例如，当第三环形谐振器R3的第三周长L3与第二环形谐振器R2的第二周长L2的比L3/L2被设计为非整数时，可以改进模式选择性。
在诸如光检测和测距(LiDAR)装置的光转向装置中使用的可调谐激光源可以在可调谐激光源的振荡模式下的光谱线宽很小时具有很大的相干长度，并且在这种情况下，可调谐激光源可能能够进行远距离检测。因为谐振器的振荡模式下的光谱线宽大约与谐振器的总长度的平方成反比，所以光谱线宽随着谐振器的总长度的增加而减小。
示例实施例的可调谐激光源100可以包括设置在光波导111、112和113上的一条或多条光延迟线130，以减小振荡模式下的光谱线宽。图1示出了其中在第一光波导111上设置一条光延迟线130的示例。然而，实施例不限于此，并且光延迟线130的数量和位置可以不同地确定。光延迟线130可以具有通过增加作为闭环谐振器的整个谐振器的总长度来减小振荡模式下的光谱线宽的功能。光延迟线130可以包括例如螺旋形波导。
可调谐激光源100还可以包括设置在光波导111、112和113上的一个或多个移相器140。在这种情况下，当作为闭环谐振器的整个谐振器的相位与环形谐振器R1、R2和R3的相位不同时，移相器140可以补偿相位差。尽管图1示出了其中在第三光波导113上设置一个移相器140的示例，但是可以不同地确定移相器140的数量和位置。
如上所述，示例实施例的可调谐激光源100包括具有不同周长的三个环形谐振器，例如，第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3，并且第三环形谐振器R3的第三周长L3与第一环形谐振器R1的第一周长L1的比L3/L1或第三环形谐振器R3的第三周长L3与第二环形谐振器R2的第二周长L2的比L3/L2可以被调节为非整数以改进可调谐激光源100的模式选择性，且因此实现稳定的单振荡模式。
此外，可以通过在光波导111、112和113上设置一条或多条光延迟线130来增加整个谐振器的总长度，且因此可以减小振荡模式下的光谱线宽。此外，可调谐激光源100的所有组件可以被集成在单个衬底(例如，衬底110)上，且因此可调谐激光源100可以被实现为片上设备。
图3示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源200。除了光延迟线230的位置之外，图3所示的可调谐激光源200与图1所示的可调谐激光源100相同。
参考图3，可调谐激光源200可以包括设置在包括第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3在内的多个环形谐振器R1、R2和R3中的一条或多条光延迟线230。这里，光延迟线230可以包括例如螺旋形波导。图3示出了其中在第三环形谐振器R3中设置一条光延迟线230的示例。然而，实施例不限于此，光延迟线230可以设置在第一环形谐振器R1或第二环形谐振器R2中。此外，光延迟线230的数量和位置可以不同地确定。
即使当设置在可调谐激光源200的环形谐振器R1、R2和R3中的光延迟线230比设置在图1所示的可调谐激光源100的光波导111、112和113上的光延迟线130短时，可调谐激光源200的振荡模式下的光谱线宽也可以减小得与可调谐激光源100的振荡模式下的光谱线宽减小得一样多。因此，可调谐激光源200可以具有比图1所示的可调谐激光源100更小的尺寸。
图4示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源300。除了监视设备171至175之外，图4所示的可调谐激光源300与图1所示的可调谐激光源100相同。
参考图4，可调谐激光源300可以包括一个或多个监视设备，其包括第一监视设备171、第二监视设备172、第三监视设备173、第四监视设备174和第五监视设备175。在这种情况下，一个或多个监视设备171至175可以设置在除了光波导111、112和113的主输出端口之外的多个光波导111、112和113的辅助输出端口上，其中经放大的激光束L通过光波导111、112和113的主输出端口输出。一个或多个监视设备171至175可以测量从光波导111、112和113的辅助输出端口输出的光的量，以监视第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3之间的波长对准。尽管图4示出了其中设置五个监视设备171至175的示例，但是实施例不限于此，并且监视设备171至175的数量可以不同地确定。
在图4中，第一光波导111的一端、第二光波导112的两端和第三光波导113的两端可以对应于辅助输出端口。此外，第一光波导111的另一端可以对应于主输出端口，通过该主输出端口输出经放大的激光束L。
第一监视设备171和第二监视设备172可以设置在第三光波导113的两端，第三监视设备173和第四监视设备174可以设置在第二光波导112的两端。此外，第五监视设备175可以设置在第一光波导111的一端。第一监视设备171至第五监视设备175中的每一个可以包括例如光电二极管。
第一监视设备171和第二监视设备172可以监视第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3之间的波长对准，并且第三监视设备173和第四监视设备174可以监视第一环形谐振器R1和第二环形谐振器R2之间的波长对准。此外，第五监视设备175可以监视第一环形谐振器R1和第三环形谐振器R3之间的波长对准。
如上所述，由于监视设备171至175设置在光波导111、112和113的辅助输出端口上以监视环形谐振器R1、R2和R3之间的波长对准，所以片上控制是可能的。
可调谐激光源300可以包括设置在光波导111、112和113上的一条或多条光延迟线130。
图5示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源400。除了光延迟线230的位置之外，图5所示的可调谐激光源400与图4所示的可调谐激光源300相同。参考图5，可调谐激光源400可以包括设置在多个环形谐振器R1、R2和R3中的一条或多条光延迟线230。
图6示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源500。图6所示的可调谐激光源500总体上可以形成闭环谐振器。
参考图6，第一光波导511、第二光波导512和第三光波导513彼此分开布置，并且四个环形谐振器，例如第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2、第三环形谐振器R3和第四环形谐振器R4，布置在第一光波导511、第二光波导512和第三光波导513之间。
第一环形谐振器R1可以布置在第一光波导511和第二光波导512之间，并且第二环形谐振器R2可以布置在第二光波导512和第三光波导513之间。这里，第一环形谐振器R1和第二环形谐振器R2可以与第一光波导511、第二光波导512和第三光波导513物理上分离，但是可以与第一光波导511、第二光波导512和第三光波导513光耦合。
第三环形谐振器R3可以布置在第一光波导511和第三光波导513之间。这里，第三环形谐振器R3可以与第一光波导511和第三光波导513物理上分离，但是可以与第一光波导511和第三光波导513光耦合。
第四环形谐振器R4可以与第三环形谐振器R3相邻地布置在第一光波导511和第三光波导513之间。这里，第四环形谐振器R4可以与第三环形谐振器R3物理上分离，但是可以与第三环形谐振器R3光耦合。此外，第四环形谐振器R4可以在物理上和光学上与第一光波导511和第三光波导513分离。
在示例实施例中，类似于上述光延迟线130和230，第四环形谐振器R4可以具有通过增加作为闭环谐振器的整个谐振器的总长度来减小光谱线宽的功能。第四环形谐振器R4可以具有与第三环形谐振器R3相同的尺寸和谐振波长。因此，在第三环形谐振器R3中谐振的光可以在第四环形谐振器R4中谐振，从而增加了整个谐振器的总长度并减小了从可调谐激光源500输出的激光束的光谱线宽。
第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3可以具有彼此不同的周长。例如，第一环形谐振器R1可以具有第一周长L1，第二环形谐振器R2可以具有大于第一周长L1的第二周长L2，第三环形谐振器R3可以具有大于第二周长L2的第三周长L3。
第一周长L1和第二周长L2之间的差可以是第一周长L1的大约1％至大约10％，但是实施例不限于此。此外，当第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1或第三周长L3与第二周长L2的比L3/L2被设计为除整数以外的数字时，可以改进模式选择性。
可以在第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2、第三环形谐振器R3和第四环形谐振器R4附近设置第一控制器551、第二控制器552、第三控制器553和第四控制器554，以调节第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2、第三环形谐振器R3和第四环形谐振器R4的折射率。这里，控制器551、552、553和554中的每一个可以包括例如加热元件、电极元件或压电元件。
可以在第一光波导511、第二光波导512和第三光波导513上设置一个或多个光放大器521和522。在图6所示的示例中，在第一光波导511上设置第一光放大器521，在第三光波导513上设置第二光放大器522。这里，第一环形谐振器R1和第二环形谐振器R2可以设置在第一光放大器521和第二光放大器522的一侧，第三环形谐振器R3和第四环形谐振器R4可以设置在第一光放大器521和第二光放大器522的另一侧。
还可以在第一光波导511、第二光波导512和第三光波导513上设置至少一个移相器540。图6示出了其中在第三光波导513上设置一个移相器540的示例，但是实施例不限于此，并且可以不同地确定移相器540的数量和位置。
图7示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源600。除了监视设备571至575之外，图7所示的可调谐激光源600与图6所示的可调谐激光源500相同。
参考图7，可以在第一光波导511、第二光波导512和第三光波导513上设置一个或多个监视设备，例如，第一监视设备571、第二监视设备572、第三监视设备573、第四监视设备574和第五监视设备575。例如，一个或多个监视设备571至575可以设置在第一光波导511、第二光波导512和第三光波导513的辅助输出端口上。
第一监视设备571和第二监视设备572可以设置在第三光波导513的两端，以监视第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3之间的波长对准。第三监视设备573和第四监视设备574可以设置在第二光波导512的两端，以监视第一环形谐振器R1和第二环形谐振器R2之间的波长对准。此外，第五监视设备575可以设置在第一光波导511的一端，以监视第一环形谐振器R1和第三环形谐振器R3之间的波长对准。
图8示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源700。图8所示的可调谐激光源700总体上可以形成法布里-珀罗谐振器。
参考图8，第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714彼此间隔开布置，并且第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3布置在第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714之间。
第一环形谐振器R1可以布置在第一光波导711和第二光波导712之间，第二环形谐振器R2可以布置在第二光波导712和第三光波导713之间，并且第三环形谐振器R3可以布置在第三光波导713和第四光波导714之间。这里，第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3可以与第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714物理上分离，但是可以与第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714光耦合。例如，第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3可以与第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714物理上分离大约0.1μm至大约1μm，但是实施例不限于此。
第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3可以具有彼此不同的周长。例如，第一环形谐振器R1可以具有第一周长L1，第二环形谐振器R2可以具有大于第一周长L1的第二周长L2，第三环形谐振器R3可以具有大于第二周长L2的第三周长L3。
第一周长L1和第二周长L2之间的差可以是第一周长L1的大约1％至大约10％，但是实施例不限于此。此外，当第三周长L3与第一周长L1的比L3/L1或第三周长L3与第二周长L2的比L3/L2被设计为除整数以外的数字时，可以改进模式选择性。第一控制部分751、第二控制部分752和第三控制部分753可以设置在第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3附近，以调节第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3的折射率。
一个或多个光放大器720可以设置在第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714上。图8示出了其中在第一光波导711上设置一个光放大器720的示例。这里，第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3可以设置在光放大器720的一侧。
至少一条光延迟线730可以设置在第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714上。图8示出了其中在第一光波导711上设置一条光延迟线730的示例。光延迟线730可以具有通过增加作为法布里-珀罗谐振器的整个谐振器的总长度来减小振荡模式下的光谱线宽的功能。光延迟线730可以包括例如螺旋形波导。至少一个移相器740可以进一步设置在第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714上。图8示出了其中在第一光波导711上设置一个移相器740的示例。
第一光栅镜781和第二光栅镜782可以设置在作为法布里-珀罗谐振器的整个谐振器的两端处。例如，第一光栅镜781可以设置在第一光波导711的一端处，而第二光栅镜782可以设置在第四光波导714的一端处。第一光栅镜781和第二光栅镜782中的每一个可以是高反射镜，在其上以预定间隔周期性地布置光栅图案。这里，光栅图案的周期可以与在第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714中传播的光的波长相关，并且可以例如为大约100nm至大约500nm。然而，实施例不限于此。
由光放大器720生成的光可以在通过第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3在第一光栅镜781和第二光栅镜782之间往复运动的同时被放大，然后可以以预期的谐振波长输出。图8示出了其中经放大的激光束L通过第四光波导714的主输出端口输出到外部的示例。
示例实施例的可调谐激光源700包括具有不同周长的三个环形谐振器，例如，第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3，并且第三环形谐振器R3的第三周长L3与第一环形谐振器R1的第一周长L1的比L3/L1或第三环形谐振器R3的第三周长L3与第二环形谐振器R2的第二周长L2的比L3/L2可以被调节为非整数以改进模式选择性，且因此实现稳定的单振荡模式。
此外，可以基于设置在第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714上的一条或多条光延迟线730来增加整个谐振器的总长度，并因此可以减小振荡模式下的光谱线宽。此外，可调谐激光源700的所有组件可以被集成在单个衬底(例如，衬底110)上，且因此可调谐激光源700可以被实现为片上设备。
上面的描述给出了其中在法布里-珀罗谐振器的两端处分别设置第一光栅镜781和第二光栅镜782的情况。然而，实施例不限于此。例如，可以在法布里-珀罗谐振器的两端处设置萨尼亚克镜(Sagnac mirror)。
图9示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源800。除了光延迟线830的位置之外，图9所示的可调谐激光源800与图8所示的可调谐激光源700相同。
参考图9，至少一条光延迟线830可以设置在包括第一环形谐振器R1、第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3在内的多个环形谐振器R1、R2和R3中。图9示出了其中在第三环形谐振器R3中设置一条光延迟线830的示例。因此，可调谐激光源800可以小于图8所示的可调谐激光源700。
图10示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源900。除了监视设备971至977之外，图10所示的可调谐激光源900与图8所示的可调谐激光源700相同。
参考图10，可调谐激光源900可以包括一个或多个监视设备，例如，第一监视设备971、第二监视设备972、第三监视设备973和第四监视设备974、第五监视设备975、第六监视设备976和第七监视设备977。在这种情况下，一个或多个监视设备971至977可以设置在除了光波导711、712、713和714的主输出端口之外的多个光波导711、712、713和714的辅助输出端口上，其中经放大的激光束L通过光波导711、712、713和714的主输出端口输出。图10示出了其中在第一光波导711、第二光波导712、第三光波导713和第四光波导714的辅助输出端口上设置第一监视设备971至第七监视设备977的示例。
在图10中，第四光波导714的一端可以对应于主输出端口，通过该主输出端口输出经放大的激光束L。此外，第一光波导711的两端、第二光波导712的两端、第三光波导713的两端以及第四光波导714的另一端可以对应于辅助输出端口。
第一监视设备971和第二监视设备972可以设置在第一光波导711的两端，第三监视设备973和第四监视设备974可以设置在第二光波导712的两端。此外，第五监视设备975和第六监视设备976可以设置在第三光波导713的两端，第七监视设备977可以设置在第四光波导714的另一端。第一监视设备971至第七监视设备977中的每一个可以包括例如光电二极管。
第三监视设备973和第四监视设备974可以监视第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3之间的波长对准，并且第五监视设备975和第六监视设备976可以监视第二环形谐振器R2和第三环形谐振器R3之间的波长对准。此外，第一监视设备971、第二监视设备972和第七监视设备977可以监视第一环形谐振器R1和第三环形谐振器R3之间的波长对准。
可调谐激光源900可以包括设置在光波导711、712、713和714上的一条或多条光延迟线730。
图11示出了根据另一示例实施例的可调谐激光源1000。除了光延迟线830的位置之外，图11所示的可调谐激光源1000与图10所示的可调谐激光源900相同。参考图11，可调谐激光源1000可以包括设置在多个环形谐振器R1、R2和R3上的一条或多条光延迟线830。
在以上示例实施例中描述的每个可调谐激光源都可以用作诸如LiDAR的光转向装置的光源。图12示出了根据示例实施例的光转向装置2000。
参考图12，示例实施例的光转向装置2000可以包括可调谐激光源2100、被配置为使光沿预期方向转向的转向设备2200、被配置为检测转向光的检测器2300以及驱动器2400。驱动器2400可以包括被配置为驱动可调谐激光源2100、转向设备2200和检测器2300的驱动电路。
可调谐激光源2100可以是上述示例实施例的可调谐激光源100至1000之一。
转向设备2200可以使从可调谐激光源2100入射的激光束沿预期方向转向。此外，当光被转向设备2200转向到对象并从该对象反射时，检测器2300可以检测反射光。
转向设备2200可以包括：多个光波导2210，被配置为将从可调谐激光源2100入射的激光束分成多个激光束，并且发射激光束；以及多个调制单元，设置在光波导2210上以调制激光束的相位。其中天线以一维形式被布置的天线阵列2220设置在转向设备2200的光输出部分中。
使用可调谐激光源2100和转向设备2200可以进行二维光学扫描。例如，可以通过使用转向设备2200控制激光束的相位来沿第一方向(图12中的y轴方向)执行光学扫描，并且可以通过使用可调谐激光源2100控制激光束的波长来沿垂直于第一方向的第二方向(图12中的x轴方向)执行光学扫描。如上所述，当可调谐激光源2100用作光转向装置2000的光源时，即使在转向设备2200的天线阵列2220以一维形式设置的情况下，二维光学扫描也是可能的。
当单波长光源用作LiDAR光源时，转向部分的天线以二维形式布置以用于二维光学扫描。然而，在这种情况下，由于在每个产品中都需要大量天线，例如，10000个或更多个天线，因此难以制造产品。此外，可能发生光损耗、控制时间的减少等。然而，当根据示例实施例的可调谐激光源用作LiDAR光源时，即使在转向设备的天线以一维形式布置的情况下，二维光学扫描也是可能的，从而减少了二维光学扫描所需的天线数量并促进了商业化。此外，与使用单波长光源的情况相比，可以减少光损耗、控制时间的增加等。
在以上示例实施例中描述的可调谐激光源100至1000可以被不同地用作其中集成了光学元件的集成光学电路的光源。例如，除了在上述的光转向装置2000中使用之外，可调谐激光源100至1000也可以在包括深度传感器和三维传感器的各种领域中使用。此外，可调谐激光源100至1000可以用作数据中心中用于光连接的光源，例如用于波分复用(WDM)光通信的光源。
如上所述，根据以上示例实施例中的一个或多个，可调谐激光源包括三个环形谐振器，例如，具有不同长度的第一环形谐振器、第二环形谐振器和第三环形谐振器，并且第三环形谐振器的长度与第一环形谐振器的长度的比或第三环形谐振器的长度与第二环形谐振器的长度的比被设计为除整数以外的数字，从而改进了模式选择性并实现了稳定的单振荡模式。
根据示例实施例，可调谐激光源包括设置在光波导上的一条或多条光延迟线，从而增加了整个谐振器的总长度并减小了振荡模式下的光谱线宽。此外，可调谐激光源的所有组件可以通过半导体工艺集成在单个衬底上，且因此可调谐激光源可以被实现为片上可调谐激光源。
根据示例实施例，可调谐激光源包括设置在光波导的输出端口上的一个或多个监视设备，以监视环形谐振器之间的波长对准，从而实现片上控制。
根据示例实施例，当可调谐激光源用作LiDAR光源时，即使在转向设备的天线以一维形式布置的情况下，二维光学扫描也是可能的，从而减少了二维光学扫描所需的天线数量并促进了商业化。尽管已经描述了示例实施例，但是示例实施例仅用于说明目的，并且本领域技术人员可以由此进行各种修改。
应当理解，本文所描述的示例实施例应当被认为仅是描述性的，而不是为了限制目的。对每个示例实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。虽然已参考附图描述了示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (21)

1.一种可调谐激光源，包括：
多个光波导；
至少三个光谐振器，设置在所述多个光波导之间并与所述多个光波导光耦合，所述至少三个光谐振器具有不同的长度；以及
至少一个光放大器，设置在所述多个光波导中的至少一个上，
其中，所述至少三个光谐振器中的第一光谐振器的第一长度与所述至少三个光谐振器中的第二光谐振器的第二长度的比不是整数。
2.根据权利要求1所述的可调谐激光源，其中，所述至少三个光谐振器包括：
第一环形谐振器，具有第一周长；
第二环形谐振器，具有大于所述第一周长的第二周长；以及
第三环形谐振器，具有大于所述第二周长的第三周长。
3.根据权利要求2所述的可调谐激光源，其中，所述第三周长与所述第一周长的第一比或所述第三周长与所述第二周长的第二比不是整数。
4.根据权利要求3所述的可调谐激光源，其中，所述第三周长与所述第一周长的所述第一比或所述第三周长与所述第二周长的所述第二比是在小数点后具有至少两位的有理数。
5.根据权利要求3所述的可调谐激光源，其中，所述第三周长与所述第一周长的所述第一比或所述第三周长与所述第二周长的所述第二比是无理数。
6.根据权利要求2所述的可调谐激光源，其中，所述第一周长与所述第二周长之间的差为所述第一周长的1％至10％。
7.根据权利要求2所述的可调谐激光源，还包括分别设置在所述第一环形谐振器、所述第二环形谐振器和所述第三环形谐振器处的控制器，所述控制器被配置为分别调节所述第一环形谐振器、所述第二环形谐振器和所述第三环形谐振器的折射率。
8.根据权利要求2所述的可调谐激光源，还包括设置在所述多个光波导中的至少一个上的至少一条光延迟线。
9.根据权利要求2所述的可调谐激光源，还包括设置在所述第一环形谐振器、所述第二环形谐振器和所述第三环形谐振器中的至少一个上的至少一条光延迟线。
10.根据权利要求2所述的可调谐激光源，还包括与所述第三环形谐振器光耦合的第四环形谐振器，
其中，所述第四环形谐振器的尺寸等于所述第三环形谐振器的尺寸。
11.根据权利要求2所述的可调谐激光源，还包括设置在所述多个光波导中的至少一个上的至少一个移相器。
12.根据权利要求2所述的可调谐激光源，还包括设置在所述多个光波导中的至少一个的至少一个输出端口上的至少一个监视设备。
13.根据权利要求2所述的可调谐激光源，其中，所述可调谐激光源形成闭环谐振器。
14.根据权利要求2所述的可调谐激光源，其中，所述可调谐激光源形成法布里-珀罗谐振器。
15.根据权利要求14所述的可调谐激光源，还包括设置在所述法布里-珀罗谐振器的两端处的光栅镜或萨尼亚克镜。
16.一种光转向装置，包括：
可调谐激光源；以及
转向设备，被配置为使从所述可调谐激光源入射的激光束转向，
其中，所述可调谐激光源包括：
多个光波导；
至少三个光谐振器，设置在所述多个光波导之间并与所述多个光波导光耦合，所述至少三个光谐振器具有不同的长度；以及
至少一个光放大器，设置在所述多个光波导中的至少一个上，
其中，所述至少三个光谐振器中的第一光谐振器的第一长度与所述至少三个光谐振器中的第二光谐振器的第二长度的比不是整数。
17.根据权利要求16所述的光转向装置，其中，所述至少三个光谐振器包括：第一环形谐振器，具有第一周长；第二环形谐振器，具有大于所述第一周长的第二周长；以及第三环形谐振器，具有大于所述第二周长的第三周长；以及
所述第三周长与所述第一周长的第一比或所述第三周长与所述第二周长的第二比不是整数。
18.根据权利要求16所述的光转向装置，其中，所述可调谐激光源还包括设置在所述多个光波导中的至少一个的至少一个输出端口上的至少一个监视设备。
19.根据权利要求16所述的光转向装置，还包括设置在所述转向设备的光输出部分中的一维天线阵列。
20.根据权利要求16所述的光转向装置，还包括被配置为检测由所述转向设备转向的激光束的检测器。
21.一种可调谐激光源，包括：
多个光波导；
至少三个光谐振器，设置在所述多个光波导之间并与所述多个光波导光耦合，所述至少三个光谐振器具有不同的长度；以及
至少一个光放大器，设置在所述多个光波导中的至少一个上，
其中，所述至少三个光谐振器中的第一光谐振器的第一长度与所述至少三个光谐振器中的第二光谐振器的第二长度的比不是整数，以及
其中，所述至少三个光谐振器中的至少一个光谐振器设置在所述至少一个光放大器的一侧，并且所述至少三个光谐振器中的至少两个光谐振器设置在所述至少一个光放大器的相对侧。
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