在激光頻率調(diào)諧這件事上，物理機(jī)制決定了天花板。

熱調(diào)諧慢，因?yàn)闊崃繑U(kuò)散需要時(shí)間；機(jī)械調(diào)諧有慣性，因?yàn)橘|(zhì)量不可能為零；電流調(diào)諧快，但載流子變化會(huì)帶來(lái)附加噪聲。如果想要同時(shí)滿足“快”和“干凈”兩個(gè)條件，電光效應(yīng)是物理上最直接的選擇——電場(chǎng)改變折射率，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，沒(méi)有熱弛豫，響應(yīng)速度只受限于電路和電容。

Deeplight的DLT-FFT-1550正是基于這一思路，把薄膜鈮酸鋰（Thin-Film Lithium Niobate, TFLN）集成到光子芯片上，利用線性電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)激光頻率的直接調(diào)制。北京泰坤工業(yè)設(shè)備有限公司將該產(chǎn)品引入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，以下圍繞這一技術(shù)點(diǎn)展開。

為什么是鈮酸鋰，不是別的？

鈮酸鋰的電光系數(shù)在近紅外波段效果較好。Pockels效應(yīng)的本質(zhì)是外加電場(chǎng)改變晶體的折射率橢球，折射率變化與電場(chǎng)強(qiáng)度成線性關(guān)系。這種線性意味著：你給它一個(gè)正弦電壓，頻率變化就是正弦；給它一個(gè)鋸齒波，頻率變化就是線性斜線——沒(méi)有非線性失真，沒(méi)有遲滯。

但傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器是體光學(xué)器件，體積大，驅(qū)動(dòng)電壓高（上百伏）。薄膜鈮酸鋰的出現(xiàn)改變了這一局面。將鈮酸鋰減薄到幾百納米，做成光波導(dǎo)，電場(chǎng)可以更集中地作用于光場(chǎng)，半波電壓大幅降低，器件尺寸也縮小到芯片級(jí)別。Deeplight做的就是把這個(gè)平臺(tái)進(jìn)一步推進(jìn)到“全集成激光器”的層面——鈮酸鋰不僅是調(diào)制器，還承擔(dān)了部分激光諧振腔的功能。

數(shù)據(jù)背后的物理含義

先看幾個(gè)關(guān)鍵數(shù)字：致動(dòng)效率典型值500 MHz/V，致動(dòng)帶寬大于10 MHz，調(diào)諧范圍最大10 GHz。

500 MHz/V意味著什么？給激光器加1伏電壓，頻率移動(dòng)500 MHz。要產(chǎn)生一個(gè)5 GHz的掃頻，只需要10 V驅(qū)動(dòng)電壓，普通的函數(shù)發(fā)生器加上一個(gè)低電壓放大器就能驅(qū)動(dòng)，不需要高壓運(yùn)放或變壓器。

大于10 MHz的帶寬意味著激光頻率可以跟隨MHz級(jí)別的調(diào)制信號(hào)。從數(shù)據(jù)手冊(cè)的圖6（致動(dòng)響應(yīng)曲線）可以看出，響應(yīng)從50 kHz開始保持平坦，一直到10 MHz以上才開始滾降。對(duì)比之下，傳統(tǒng)的壓電調(diào)諧ECDL在幾十kHz處就開始衰減，熱調(diào)諧更是慢到ms級(jí)別。10 MHz的帶寬讓它可以直接用于高速FMCW激光雷達(dá)的掃頻，或者相干通信中的快速頻率鍵控。

10 GHz的調(diào)諧范圍對(duì)應(yīng)大約0.08 nm的波長(zhǎng)掃寬（在1550 nm處）。這個(gè)范圍不算大——溫控粗調(diào)可以覆蓋更寬——但關(guān)鍵是在這個(gè)范圍內(nèi)，掃頻可以做到MHz速率。對(duì)于需要高掃頻速率的短距高精度測(cè)距，這正好是核心需求。

線寬仍然守住5 kHz

快速調(diào)諧往往以犧牲線寬為代價(jià)，但DLT-FFT-1550的本征線寬（洛倫茲型）典型值5 kHz，上限10 kHz。這個(gè)數(shù)字放在外腔激光器里不算頂級(jí)（某些ECDL可以做更低），但考慮到它的調(diào)諧速度比ECDL快了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，5 kHz線寬在FMCW激光雷達(dá)中通常夠用——在10 GHz的調(diào)諧范圍內(nèi)，5 kHz的瞬時(shí)段線寬對(duì)應(yīng)相位噪聲可接受，測(cè)距精度主要由掃頻線性度而非線寬決定。

積分線寬（1 ms積分時(shí)間）小于200 kHz，這個(gè)指標(biāo)更貼近實(shí)際系統(tǒng)使用中的相位噪聲累計(jì)效果。

與氮化硅壓電版本的定位差異

Deeplight同時(shí)擁有DLT-FT（氮化硅壓電）和DLT-FFT（鈮酸鋰電光）兩條產(chǎn)品線。兩者的物理機(jī)制決定了不同的適用場(chǎng)景：

• DLT-FT：線寬＜100 Hz（典型＜10 Hz），調(diào)諧帶寬＞2 MHz，范圍＞1 GHz。適合對(duì)線寬敏感的應(yīng)用，如長(zhǎng)距離分布式光纖傳感、冷原子物理。

• DLT-FFT：線寬＜10 kHz（典型5 kHz），調(diào)諧帶寬＞10 MHz，范圍＞10 GHz。適合對(duì)調(diào)諧速度要求更高的場(chǎng)景，如高速FMCW激光雷達(dá)、快速頻率鍵控通信。

兩者不是替代關(guān)系，而是分別覆蓋了“窄線寬”和“快調(diào)諧”兩個(gè)技術(shù)高地的兩端。

使用簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)門檻低

一個(gè)值得提及的工程細(xì)節(jié)：DLT-FFT-1550通過(guò)一個(gè)模擬電壓信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制，不需要復(fù)雜的偏壓控制或溫度鎖定循環(huán)。激光器內(nèi)部集成了鈮酸鋰波導(dǎo)和半導(dǎo)體增益區(qū)，用戶只需提供直流偏置（使激光器正常工作）和一個(gè)調(diào)制信號(hào)（頻率調(diào)制），即可獲得高速掃頻輸出。

封裝是標(biāo)準(zhǔn)的14針蝶形，保偏FC/APC輸出；可選激光頭模塊，方便連接溫控和電流控制器。波長(zhǎng)在1510–1560 nm范圍內(nèi)出廠預(yù)選固定，不可調(diào)諧——這是設(shè)計(jì)取舍，換取了致動(dòng)器的高帶寬和低驅(qū)動(dòng)電壓。

一點(diǎn)總結(jié)

薄膜鈮酸鋰上芯片，把Pockels效應(yīng)從體光學(xué)調(diào)制器搬到了集成激光器內(nèi)部。對(duì)于需要高速頻率調(diào)諧的應(yīng)用——尤其是掃頻速率在100 kHz–1 MHz區(qū)間的FMCW系統(tǒng)——DLT-FFT-1550提供了一個(gè)不同于傳統(tǒng)電流調(diào)制或壓電調(diào)諧的選項(xiàng)。物理機(jī)制決定了它在速度上的天然優(yōu)勢(shì)，而光子集成則把體積和驅(qū)動(dòng)復(fù)雜性降到了實(shí)用水平。

更多技術(shù)細(xì)節(jié)可聯(lián)系北京泰坤工業(yè)設(shè)備有限公司獲取數(shù)據(jù)手冊(cè)和樣片測(cè)試信息。