[发明专利]一种太赫兹量子级联激光器的高速调制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电器件应用技术领域，特别是涉及一种太赫兹量子级联激光器的高速调制方法及装置。

背景技术

太赫兹波是指频率从300GHz-10THz，频率介于毫米波与红外光之间的电磁波。由于其自身的特点，太赫兹波在高速通信、成像、频谱分析和遥感等方面，具有广阔的应用前景。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，THzQCL)得到了广泛而深入的研究，并取得了重要的进展。

THz QCL是一种单极性子带间跃迁的相干THz辐射源，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优点。相对于中红外QCL来说，THz光子能量小，对应的激光能级间的能量差就很小，子带间的散射作用增强，使得在THz QCL中粒子数反转更加难以实现。同时，在THz波段，自由载流子的吸收增强，波导损耗大大增加。THz QCL自2002年发明以来，器件的输出功率、工作温度和激射频率范围等都有很大提高与改善。到目前为止，连续模式下的THz QCL的最高工作温度为117K，在最优的工作条件下器件的最高输出功率可达138mW。

目前对THz QCL的调制，主要是利用现成的电学仪器设备，不利于发射装置的小型化和实用化。对于传统的激光器的调制方法，一般采用现成的激光器驱动器芯片或者是外调制器来进行调制。但是THz QCL有其自身的特点，其激射的阈值电压非常高（6V以上，甚至十几伏），阈值电流也非常大（200mA以上），自身的交流阻抗只有10Ω以下，对于激光器驱动芯片要么满足不了THz QCL的阈值电压与驱动电流，要么由于负载太重无法将信号加载到QCL上，对于1THz以上的外调制器，其所能提供的带宽非常有限（几MHz），所以在THz QCL的小型化高速调制电路方面，目前尚没有有效的方案。

因此，提供一种新型的太赫兹量子级联激光器的高速调制方法及装置是本领域技术人员需要解决的课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太赫兹量子级联激光器的高速调制方法及装置，用于解决现有技术中的驱动芯片不能够对交流阻抗小、阈值电压高、驱动电流高的太赫兹量子级联激光器进行高速强调制的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太赫兹量子级联激光器的调制装置，所述太赫兹量子级联激光器装置至少包括：

缓冲放大器、与所述缓冲放大器的输出端连接的T型偏置器、以及与所述T型偏置器输出端连接的太赫兹量子级联激光器。

作为本发明的太赫兹量子级联激光器的调制装置的一种优化的方案，所述缓冲放大器为具有低输出阻抗、高输出电流、以及高单位增益带宽的单位增益放大器。

作为本发明的太赫兹量子级联激光器的调制装置的一种优化的方案，所述输出阻抗低于1.2Ω，所述输出电流在50～200mA范围，所述单位增益带宽在50MHz～2.4GHz。

作为本发明的太赫兹量子级联激光器的调制装置的一种优化的方案，所述T型偏置器为具有高带宽和高直流偏置输入电压的偏置器。

作为本发明的太赫兹量子级联激光器的调制装置的一种优化的方案，所述直流偏置输入电压高于8V。

作为本发明的太赫兹量子级联激光器的调制装置的一种优化的方案，所述T型偏置器包括一电感和一电容；

所述电感和电容串联相连；电感的自由端端口为直流偏置电压输入端；电容的自由端端口与所述缓冲放大器输出端相连，用于接收缓冲放大器输出的调制电压信号；所述电感和电容之间设置一端口作为合成的调制电压信号输出端，该合成的调制电压信号用来驱动太赫兹量子级联激光器。

作为本发明的太赫兹量子级联激光器的调制装置的一种优化的方案，采用工作在连续模式的太赫兹量子级联激光器作为发射器件，所述太赫兹量子级联激光器的激射频率范围为1～5THz，交流阻抗小于10Ω，阈值电压为8V以上。

作为本发明的太赫兹量子级联激光器的调制装置的一种优化的方案，所述缓冲放大器的输入端与一信号发生器连接，用来接收所述信号发生器输出的电压信号。

作为本发明的太赫兹量子级联激光器的调制装置的一种优化的方案，所述T型偏置器输出端通过同轴电缆与太赫兹量子级联激光器连接。

本发明还提供一种太赫兹量子级联激光器的高速调制方法，所述高速调制方法至少包括步骤：

1）采用信号发生器给缓冲放大器输入一个周期性电压信号，通过所述缓冲放大器输出调制电压信号低的输出阻抗；