窄线宽蝴蝶激光器，采用双区热对称热电制冷（TEC）技术，适用于频率调制连续波（FMCW）激光雷达系统

《IEEE Photonics Journal》：Narrow Linewidth Butterfly Laser with Dual-Zone Thermally Symmetric TEC for FMCW LiDAR

　　

摘要：

本文设计了一种双区域热对称热电控制（TEC）架构，以提高窄线宽激光模块的热稳定性和功率稳定性，用于频率调制连续波（FMCW）光检测和测距（LiDAR）系统。该架构采用了两个独立调节的TEC区域，并通过镜面反射路径来平衡激光二极管（LD）与光纤耦合区域之间的热量分布。有限元仿真和实验结果表明，内部温差从约3.5°C降低到2°C以下。因此，在电流为250 mA的情况下，激光模块的输出功率可达到67.6 mW，线宽为81.5 kHz，相对强度噪声在0 Hz–1000 MHz范围内小于-140 dB/Hz，且功率变化在-40°C至+85°C范围内控制在±0.2 dB以内。这些结果证明了通过热对称性有效抑制了应力引起的光学噪声和频率漂移。所构建的架构为先进FMCW LiDAR及相关光子应用中的高相干性激光模块提供了一种紧凑、可制造且具有温度抗性的解决方案。