Narrow linewidth semiconductor DFB laser with linear frequency modulation for FMCW LiDAR

Des lasers monolithiques à semi-conducteurs à rétroaction distribuée (1550 nm) pour les applications LiDAR FMCW ont été conçus, fabriqués et testés. La forte distorsion de la modulation de fréquence optique observée lorsqu'un laser DFB standard est modulé avec une forme d'onde de courant triangulaire est considérablement atténuée dans notre laser. Une modulation de fréquence à 100 kHz avec une amplitude de 0,9 GHz et une distorsion non linéaire de 0,3 %, calculée comme l'écart-type de la fréquence optique après suppression d'un ajustement linéaire, a été mesurée par un interféromètre à fibre débalancé. Ce résultat a été obtenu sans pré-distorsion électronique de la forme d'onde triangulaire. La largeur de raie intrinsèque de 60 kHz du laser n'a pas été affectée par la modulation. Deux lasers ont été assemblés dans un boîtier de céramique multicouche de 2,6 cm3 et couplés à des fibres optiques par des micro-lentilles. Les pattes du boîtier en céramique ont été soudées à un circuit imprimé contenant les sources de courant qui alimentent les lasers. Cette source optique a été utilisée dans un démonstrateur LiDAR à deux canaux construit à partir de composants en fibre optique disponibles sur le marché et d'un miroir de balayage bidimensionnel. Ce démonstrateur a permis de détecter une cible avec une réflectivité lambertienne de 10 % jusqu'à une distance de > 120 m et d'enregistrer des nuages de points de différentes scènes. Le LiDAR FMCW utilisant des sources laser DFB hautement cohérentes et linéaires est donc une technologie très prometteuse pour la détection à longue distance. Une version en cours de développement inclut une puce photonique en silicium pour une intégration plus poussée et des fonctionnalités telles que la détection I/Q.

S. Ayotte, K. Bédard, M. Morin, S. Boudreau, A. Desbiens, P. Chrétien, A. Babin, F. Costin, É. Girard-Deschênes, G. Paré-Olivier, L.-P. Perron, M. Wichmann, R. Korn, E. Baumgart, O. Kern, and N. Caspers "Narrow linewidth semiconductor DFB laser with linear frequency modulation for FMCW LiDAR", Proc. SPIE 11693, Photonic Instrumentation Engineering VIII, 116930F (5 March 2021); https://doi.org/10.1117/12.2578594