[实用新型]基于波导结构的内调制太赫兹源

说明书

技术领域

本实用新型涉及太赫兹辐射源领域，更具体的说，是涉及一种基于波导结构 的内调制太赫兹源。

背景技术

太赫兹波段是指频率为0.1-10THz，介于微波和红外波之间的电磁波谱范围， 具有携带信息容量大(相对于微波)、高时空相干性、低光子能量等特性，因此 太赫兹波在无线通信、成像、雷达以及国防安全等领域呈现出非常广阔的应用前 景。高性能太赫兹辐射源及其有效调制是实现太赫兹技术众多应用的基础，比如 在通信、雷达等信号处理和材料控制上需要进行太赫兹波的调制等。目前，随着 太赫兹科学技术的进步，以太赫兹辐射源和太赫兹功能器件(如调制器件)为代 表的太赫兹关键技术及其应用得到了长足的发展，同时也遇到了发展的瓶颈，如 太赫兹波的调制手段相对复杂、单一，太赫兹辐射源与功能器件不能实现有效集 成，这些瓶颈极大的限制了太赫兹技术在无线通信、太赫兹成像以及雷达领域的 应用。

基于电子学方法的返波管和固态电子学等辐射源，利用电调制的方式实现了 225GHz的太赫兹雷达和300GHz的太赫兹通讯，由于受到电子学方法的限制， 其工作频率一般在1THz以下，受到带宽的限制不能实现大容量的信息传输。基 于半导体量子阱技术的量子级联激光器能够实现小型化的连续太赫兹输出，利用 泵浦电流的调制实现了4.1THz和2.9THz的数字通讯，该种辐射源可以和调制器 有效地集成在一起，真正的实现了集成化小型化的太赫兹应用，但由于量子级联 激光器需要工作在低温下，这又增加了系统的复杂性。基于非线性光学方法的太 赫兹源，就低成本、结构简单、室温运转等优点，在太赫兹应用甚广，由于转换 效率低以及太赫兹波段非线性材料的缺乏，光学太赫兹辐射源的输出功率低，太 赫兹调制方法大多局限在太赫兹辐射源的外腔调制方式，如基于液晶和VO₂的 微结构相变材料，利用电、磁和光影响材料的特性来实现太赫兹波调制，这些调 制方式一方面系统复杂，另一方面调制效率低，同时给光学太赫兹波应用系统的 小型化和集成化带来困难。对于室温运转光学太赫兹辐射源在太赫兹通讯、成像 和雷达应用具有很大的优势，当前需要解决的问题是如何获得高性能光学太赫兹 产生以及实现集成化的有效调制。

实用新型内容

针对当前太赫兹波在无线通信、成像、雷达以及国防安全等领域对可调制连 续太赫兹辐射源的应用需求，本实用新型专利的目的在于提供一种基于波导结构 Cherenkov相位匹配的内调制太赫兹辐射源，本实用新型突破高效光波导太赫兹 波的高效频率转换以及太赫兹波导耦合调制的关键技术，最终实现高效率、结构 简单紧凑的集成化光学可调制太赫兹辐射，促进太赫兹在无线通信、成像以及雷 达等领域的应用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

基于波导结构的内调制太赫兹源，包括依次设置的泵浦源、激光合束器、耦 合器和波导结构，所述泵浦源由输出波长分别为1.9um和1.9-2um的两个独立的 光纤激光器构成，所述波导结构由从上到下依次设置的有机电光材料包层、铌酸 锂芯层和石英衬底层通过光胶紧密贴合构成，所述有机电光材料包层内设置有控 制电路，有机电光材料包层的外侧设置有楔形结构；所述光纤激光器输出的激光 通过激光合束器合束后形成有双波长激光，双波长激光通过耦合器耦合后进入波 导结构的铌酸锂芯层，双波长激光在波导结构中差频产生太赫兹波并从楔形结构 输出。

所述光纤激光器采用掺铥锗酸盐作为增益介质，并利用Bragg光栅选模实现 波长调谐，再通过功率放大后实现50-100W的输出功率。

所述耦合器由光纤输出聚焦镜构成，所述光纤输出聚焦镜对1.8-2.3um波长 泵浦光的透过率>95％，工作距离为30mm，数值孔径为0.22。

所述楔形结构与铌酸锂芯层的夹角为35°-45°。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

1.泵浦源使用高功率的单频光纤激光器，充分利用其高光束质量和窄线宽 的优点，可以实现泵浦光向波导结构中铌酸锂芯层的高效耦合，获得很高的有效 泵浦强度，提高差频转换效率，并保证太赫兹源的窄线宽。