Narrow-linewidth semiconductor laser with highly-linear frequency modulation response for coherent sensing

Une puce laser semi-conducteurs à spectre étroit avec une réponse à la modulation de fréquence hautement linéaire est présentée et utilisée dans deux expériences de détection cohérente. Cette puce laser monolithique à rétroaction distribuée a une largeur de raie intrinsèque inférieure à 10 kHz et une puissance de sortie supérieure à 60 mW. Lorsque son courant d'injection est modulé par une fonction triangulaire, la fréquence optique du laser peut être modulée de plus de 7 GHz à des taux allant jusqu'à 100 kHz. La réponse à la modulation de fréquence du laser est extrêmement stable jusqu'à 100 MHz, ce qui permet de corriger les non-linéarités résiduelles par une pré-distorsion appropriée du signal de modulation. Dans une première expérience, le laser a été utilisé dans un système lidar FMCW monostatique. Un nuage de points a été acquis avec un champ de vue de 20°(H) × 10°(V) et une résolution angulaire de 0,05° le long des deux axes. L'acquisition a été réalisée sans moyennage en utilisant un faisceau de sortie de 7 mm de diamètre et de 100 mW. Un nuage de points de haute qualité comprenant plusieurs objets de réflectivité variable a été mesuré. Dans une deuxième expérience, le laser a été utilisé dans un système OFDR pour une expérience de détection acoustique distribuée (DAS). Une courte portion d'une fibre SMF-28 de 50 m de long a été exposée à un signal acoustique de 2 kHz. Les données traitées montrent clairement une forte tonalité de 2 kHz à l'endroit de la perturbation acoustique. Dans les deux expériences, le laser a été linéarisé avec succès en utilisant une pré-distorsion du signal de modulation basée sur des interférogrammes obtenus avec un interféromètre Mach-Zehnder. 

Vincent Cardin, Daniel Robin, Sylvain Boudreau, Guy Rousseau, Simon Ayotte, Marie-Claude Vallieres Riendeau, Patrick Larochelle, François Costin, Émile Girard-Deschênes, Philippe Chrétien, Guillaume Brochu, Patrick Dufour, Sébastien Deschênes, Katherine Légaré, Mathieu Faucher, Mohamed Rahim, Grzegorz Pakulski, Muhammad Mohsin, Darren Goodchild, Philip Waldron, Bernard Paquette, Omid Salehzadeh Einabad, and Daniel Poitras "Narrow-linewidth semiconductor laser with highly-linear frequency modulation response for coherent sensing", Proc. SPIE 12905, Novel In-Plane Semiconductor Lasers XXIII, 129050F (13 March 2024); https://doi.org/10.1117/12.3000397