项目简介
单频窄线宽激光的产生，主要依靠谐振腔的腔长。谐振腔腔长越长，所产生激光线宽越窄。但是由于半导体激光器的腔长天然短，很难产生量级上的变化，因此采用半导体发光的窄线宽激光器多采用外腔的方式实现。最通用的方式是用一段长光纤作为反馈腔，在光纤中用无源光栅作为反射镜。这样做优点是生产较容易，易于实现窄线宽。但是光纤的抗干扰设计难，无法实现大功率输出。研发小尺寸、高可靠、低成本的窄线宽激光器是激光器发展的重要方向之一。本项目研发的微型化、高可靠、高功率、低成本的半导体外腔窄线宽激光器，其微型化指标将满足绝大多数光电系统和光电模块的集成化需求，抗干扰，抗震动，温度适应性满足工业化产品的高要求，低成本性满足消费级光电模块应用，高功率输出满足汽车电子，工业制造等高功率需求。本项目将研发完整的量产工艺，满足单条产线月产50k个激光器的量产需求，从而将窄线宽激光器第一次普及到基础工业领域。
本项目的微型化半导体外腔窄线宽激光器，线宽可控制在2-100kHz，最大输出功率500mW，可产生线性调频信号，波长可定制即可。
图1：2018年相干汽车激光雷达专用小型化窄线宽激光器受到产业界广泛关注
应用范围
微型化窄线宽半导体激光器是下一代激光雷达的核心器件，可帮助下一代激光雷达实现300-1000米范围内的三维环境感知，以及复杂场景下的抗干扰能力，进而满足自动驾驶车辆在高速移动、环境复杂、多激光雷达终端场景下的探测需求。
目前主流的激光雷达，多采用激光脉冲作为探测信号，通过计算ToF（Time of Flight，即光脉冲飞行时间）得到被探测物体与激光雷达之间的距离。此类架构的激光雷达在实际使用中会面临诸如接收光信号信噪比低进而探测距离受限、雨雾天气性能损耗大、可探测物理量受限、雷达终端间互扰难以克服等不利因素，影响激光雷达在自动驾驶场景下的商用可行性。
本项目所研发的微型化半导体窄线宽激光器，可作为下一代激光雷达的光源器件，使用窄线宽激光作为探测信号源，即可在激光雷达中引入已在激光通信领域成功商用的相干探测技术，通过采集激光信号的强度、相位和偏振态等光场信息，大大增加探测距离及恶劣气象条件下的性能，解决多终端互扰问题，并可在测距的同时测速。如果在此基础上引入物理层信号处理技术，可进一步提高探测性能指标。
本项目所研发的微型化窄线宽激光器可实现基于流水线的完全国产化，知识产权及供应商自主可控，具有极高的成本与战略优势，可帮助下一代激光雷达突破不断增长的自动驾驶市场。
项目阶段
已完成实验室样机及相关技术指标测试，正在进行量产工艺研发。
图2：2019年第一款相干汽车激光雷达专用微型化窄线宽激光器问世，线宽100kHz
知识产权
项目团队已申请相关专利，多家激光雷达、光通信领域企业对本项目成果表现出强烈兴趣并持续关注。
合作方式
技术入股、联合研发。
联系方式
邮箱：kjkfb@pku.edu.cn
