[发明专利]脉冲激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，涉及一种脉冲激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量装置及方法。

背景技术

太赫兹(THz，1THz＝10¹²Hz)频段是介于毫米波与红外光之间频谱范围相当宽的一段电磁波区域，其频率范围为100GHz-10THz。随着光子学和纳米技术领域的不断革新，THz波在信息通信技术、国家安全、生物医学、无损检测、食品和农产品的质量控制、全球性环境监测等方面取得了较快发展，并被认为在上述领域中具有重大的应用前景和应用价值。近年来，THz领域发展迅速，作为THz频段重要辐射源的太赫兹量子级联激光器(Terahertz Quantum Cascade Laser，THz QCL)得到了广泛而深入的研究，并取得了重要的进展。THz QCL具有能量转换效率高、响应速度快、体积小、易集成以及使用寿命长等特点。到目前为止，脉冲工作模式下THz QCL的最高工作温度为186K，在最优的工作条件下器件的最高输出功率可达248mW；通过器件有源区结构的改进，目前脉冲工作模式下THz QCL的工作温度已经达到(其中ω为激光器的激射频率)，并有望进一步改进结构使器件实现室温激射；在激射频率方面，目前THz QCL的最低工作频率为1.2THz，在磁场辅助下可达0.68THz。随着上述器件工作性能的快速发展，上述器件的应用也倍受关注。目前THz QCLs已经成功应用于外差接收的局域振荡源、THz无线通信、THz实时成像等THz应用技术中。而脉冲工作模式下的THz QCL，由于其所需制冷量小，单个脉冲的峰值功率比连续工作模式器件的输出功率值大很多，使其在THz探测与成像应用中更具优势。

输出功率是器件应用的重要性能指标，器件输出功率的大小直接决定了其应用领域和范围。因此，如何精确地测量出器件的有效输出功率是器件应用过程的关键环节。由于脉冲激射型太赫兹量子级联激光器输出激光的重复频率通常为2kHz(对应为0.5ms)左右，而普通热探测器(如Golay Cell)的时间常数通常为20ms左右，因此采用普通的热探测器来测量脉冲激射型太赫兹量子级联激光器输出激光的功率很难实现。目前，国际上对脉冲激射型太赫兹量子级联激光器输出功率的测量主要采用液氦杜瓦冷却的bolometer探测器，通过对单个THz脉冲照射在探测器敏感面上产生的热响应波形进行积分，估算出单个THz脉冲的能量，进而得到单个THz脉冲的峰值功率。太赫兹量子阱探测器(terahertz quantum-well photodetector，THz QWP)是一种与THz QCL工作频率范围非常匹配的半导体探测器，器件对可探测范围内的THz光的响应速率可达GHz量级(ns量级)，因此采用THz QWP测量脉冲激射型THz QCL的输出功率时不需要上述积分过程，可直接根据THz QWP对脉冲THz光的响应信号幅度及其在THz QCL激射频率处的响应率，得到THz QCL输出的脉冲THz光的峰值功率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种脉冲激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量方法，该测量方法可以非常直观地得到激光器激射脉冲的峰值功率，避免了传统测量方法中通过积分计算来估算激射脉冲峰值功率的步骤；

此外，本发明还提供一种脉冲激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种脉冲激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量装置，包括光源部分、光路部分和探测部分；

所述光源部分包括第一冷头、安装于所述第一冷头内的第一热沉、安装于第一热沉上的太赫兹量子级联激光器、与所述太赫兹量子级联激光器连接的脉冲电源、安装于第一冷头上的第一聚乙烯窗片；其中，所述太赫兹量子级联激光器发射出的太赫兹光通过第一聚乙烯窗片射出；

所述光路部分包括第一离轴抛物镜和第二离轴抛物镜；所述第一离轴抛物镜收集经所述第一聚乙烯窗片射出的太赫兹光，并使该太赫兹光反射至第二离轴抛物镜；所述第二离轴抛物镜接收经所述第一离轴抛物镜反射过来的太赫兹光，并使该太赫兹光反射至所述探测部分；