1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
在应用于自动驾驶的相位调制连续波（PhMCW）激光雷达测距系统中，测量中频（IF）信号的脉冲宽度是关键问题，时间数字转换器（TDC）模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小，且实现大测量范围时系统复杂度高，难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块，采用基于现场可编程门阵列（FPGA）的严格计数链法，在保证比较高的测量精度的前提下，增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围，设计简单。该TDC模块能够实现1.24 μs的时间测量范围，对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试，获得了最佳为26.42 ps的测量精度，对应测距精度为3.96 mm，优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析，证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后，搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证，实现了0.3~7 m飞行时间探测，从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。
遥感 激光雷达 现场可编程门阵列 时间数字转换器 相位调制连续波 中频信号
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学大珩学院，北京 100049
3 吉光半导体科技有限公司，吉林 长春 130102
4 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
光学相干层析成像（OCT）是一种广泛应用于眼科疾病诊断及其他测量和探测等领域的新型成像技术。其中，扫频方案（SS-OCT）作为OCT的一种主要技术路径，因具有成像速度快、深度深、分辨精度高等优势，成为了近年来OCT领域的研究重点。由于SS-OCT的性能主要由快速扫频光源的性能决定，所以对扫频光源的研究和开发至关重要。主要总结扫频光源的研究进展，从技术手段、设计思路、性能指标等方面出发，对扫频光源的研究进展和领域前沿的研究现状进行较为详细的介绍和总结。
半导体激光器 光学相干层析成像 扫频光源 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1600003
1 海南师范大学物理与电子工程学院，海南省激光技术与光电功能材料重点实验室，海南省院士团队创新中心，海南 海口 571158
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
设计了一种基于双增益芯片合束的超宽带可调谐中红外激光器，该激光器以Littrow结构为基础，采用中心波长分别为4.0 μm和4.6 μm的两个量子级联增益芯片提供光增益，通过4.2 μm低通高反分束片合束后，将增益光入射到300 lines/mm的闪耀光栅形成光反馈，两个量子级联增益芯片通过交替互补的工作方式实现了3~5 μm的超宽谱调谐。在25 ℃温控和303 mA注入电流下，该激光器在34.54°~46.50°的闪耀光栅旋转角度下工作，波长调谐范围为3779~4836 nm（包括179 nm波长调谐空白区间），最大输出光功率为14.12 mW，边模抑制比为20 dB。该激光器具有结构紧凑、调谐范围超宽的优点，可为研制便携式模块化的中红外激光器提供参考。
激光器 量子级联激光器 闪耀光栅 可调谐 Littrow 光学学报
2023, 43(11): 1114003
1 海南师范大学物理与电子工程学院海南省激光技术与光电功能材料重点实验室，海南 海口 571158
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
3~5 μm中红外波段激光在气体分子传感、空间光通信、差频太赫兹产生等领域中有广阔的应用前景。研究了一种4 μm波段宽谱可调谐外腔量子级联激光器，设计了一种以Littrow结构为基础的紧凑便携可调谐激光器模块。在激光器模块中采用同一个量子级联增益芯片，分别使用刻线密度为450 line/mm和300 line/mm的闪耀光栅组建了不同的外腔。当采用刻线密度为450 line/mm的闪耀光栅时，注入电流303 mA下的输出光功率为7.30 mW，具有380 nm的调谐范围（3774~4154 nm），边模抑制比为20 dB，出现高阶模式激射现象；当采用刻线密度为300 line/mm的闪耀光栅时，303 mA注入电流下的输出功率为5.24 mW，调谐范围为297 nm（3779~4076 nm），边模抑制比为20 dB，出现基模激射现象。由此可见，采用不同的外腔配置，可以分别获得满足高精度波长调谐和高光束质量要求的激光器性能。
激光器 量子级联激光器 闪耀光栅 波长调谐 Littrow结构 中国激光
2023, 50(11): 1101020
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 长春中科长光时空光电技术有限公司，吉林 长春 130102
本文报道了一种结构紧凑的垂直外腔面发射激光器（Vertical-External-Cavity Surface- Emitting Laser，VECSEL）及其双波长调控。通过调控泵浦光功率，实现了VECSEL输出的两个激光波长之间的相互转换，双波长的间隔接近50 nm。VECSEL的输出功率曲线呈现明显的两次翻转，翻转点对应了激射波长的转换。这是由于泵浦功率变化改变了增益芯片内部的温度，进而通过热调谐使得发光区增益峰值被调谐到腔模的不同位置。在0 ℃时，每个激射波长的最大输出功率都在1.5 W以上。随着泵浦功率的改变，激射波长可以在950 nm和1000 nm之间切换，同时还可以在1.5 W以上的功率水平下实现双波长同时激射。这种可切换波长及双波长同时激射的VECSEL器件在光调制、差频等领域有较大应用潜力。
垂直外腔面发射半导体激光器 波长调控 双波长 vertical external cavity surface emitting laser switchable wavelength dual-wavelength
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室， 吉林长春30033
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京100049
3 吉林大学 电子科学与工程学院，吉林长春10012
4 鹏城实验室，广东深圳518055
在调频连续波激光雷达中，用于中频信号采集的模拟-数字采集模块是其关键组件，信噪比、信纳比、无杂散动态范围等参数是衡量该数据采集信号链交流特性的重要指标，直接决定着调频连续波激光雷达的探测范围和测距精度等性能。设计了用于调频连续波激光雷达的中频信号采集模块，获得49.13 dB的信噪比和48.90 dB的信纳比；然后研究了其噪声特性，获得系统的主要噪声来源为采样时钟的相位噪声，并且通过引入数字滤波器将信噪比和信纳比分别提升11.38 dB和11.32 dB，理论上激光雷达的探测范围提高3.7倍。可通过采用专业时钟芯片降低噪声，经计算可将信噪比提高8.65 dB；最后，搭建了光学相控阵调频连续波激光雷达系统，验证了数据采样模块的有效性，完成了40 m距离的探测，最大测量误差为7.7 cm，最大探测范围为133.67 m。
激光雷达 调频连续波 ADC信号链 噪声分析 lidar frequency-modulated continuous-wave ADC signal chain noise analysis 
Author Affiliations
Abstract
1 Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
With the rapid development of laser technology, laser as the light source of night vision illuminating can realize long-distance and clear imaging, which has been widely used in laser active illuminating field. A high-power diode laser with a wavelength of 808 nm was designed as the laser active illuminating source, and the output power of no less than 100 W was obtained by spatial beam multiplexing, polarization multiplexing, and high efficiency fiber coupling techniques. In view of the beam homogenization of illuminating source, a novel beam homogenization system based on waveguide is proposed in this work. A square spot with a horizontal divergence angle of 40°, a vertical divergence angle of 10°, and an illuminating power ratio of 4:1 was obtained by a collimating lens. Comparing with the traditional circular illuminating beam, the square illuminating beam can match the illuminating angle of CCD camera better, and the energy utilization rate is higher. In addition, by optimizing the structure of waveguide and collimating lens, the illuminating angle can be changed to meet the illuminating requirements under different conditions theoretically.
laser illumination spatial multiplexing polarization multiplexing beam homogenization waveguide Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 031405
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 军事科学院系统工程研究院，北京 102300
光谱合束是提升高功率半导体激光器光束质量和亮度的关键技术之一。增加激光单元数量是提升光谱合束功率的主要途径，但同时造成合束光学元件尺寸变大，激光谐振腔变长不利于光谱合束光源的实际应用。提出了分离反射式中继成像光谱合束结构，将大尺寸中继成像镜分解成小尺寸的柱面反射镜阵列，每个激光线阵独立成像。最终12个激光线阵共计228个激光单元的光谱合束的输出激光功率为442.9 W，电光转换效率为41.8%，光谱范围为777.12～811.28 nm，光参量积为4.00 mm×mrad，与单元激光接近。所提结构为多激光单元光谱合束提供了一种可行方案，有利于激光器的工程应用。
激光器 半导体激光器 光谱合束 分离反射式中继成像 高功率 中国激光
2022, 49(23): 2301001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
随着半导体激光技术的快速发展，以半导体激光为核心光源的激光点火技术得到越来越广泛的应用。本文开展了高效激光点火光源的研究，设计出一种单光纤双波长输出的光学结构，将高功率976 nm点火激光和低功率1310 nm检测激光通过空间合束以及波长合束技术耦合到芯径为105 μm，数值孔径(NA)为0.22的光纤中，获得了输出功率大于10 W的976 nm点火激光以及输出功率大于1 mW的1310 nm检测激光，其中高功率点火激光的耦合效率超过90%；通过自聚焦透镜对出纤激光进行光束整形，与自由输出光束相比，整形后出射光斑发散角减小了，入射到点火药剂上的光功率密度增大了，点火效率提高了。实验结果表明，所设计的分光镜膜系以及光路结构可实现光路自检以及高功率点火激光的输出功率同步自检，满足该领域对于点火光源高效率、高可靠性的应用要求。
激光器 半导体激光器 激光点火 空间合束 波长合束 光路自检
