[发明专利]一种太赫兹量子级联激光器模式调制的装置及方法

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模式 调制的装置及方法。

背景技术

太赫兹量子级联激光器作为一种重要的太赫兹辐射源，具有体积小、重量轻、易集成等 优点，是太赫兹领域的一个研究热点。其产生的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。对于采用FP腔的太赫兹量子级联激光器，其输出模的个数 主要由腔长、增益线宽和驱动电流有关。

目前对THzQCL多纵模的调制，比较普遍的是利用波导的光栅结构获得单模输出，缺乏 单模与多模之间的灵活转换机制。对于单模获得多模比较容易的调制方法，一般采用增大驱 动电流，通过改变有源区的驰豫特性获得多模输出。同时，激光器工作温度的改变也能使THz QCL由单模工作变为多模工作。但是对于单模工作、要求恒定驱动电流下工作的FP腔体THz QCL，不能通过改变温度、增加偏置电流等方法来实现单、多模的自由转变。所以对单模工 作的THzQCL产生多模方面，目前尚没有有效的方案。

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模式 调制的装置及方法，用于解决现有技术中太赫兹量子级联激光器无法由单模产生多模的问题。

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模式调制的装 置，所述装置至少包括：微波发生器、耦合器、T型偏置器、太赫兹量子级联激光器、频谱 仪以及红外光谱仪；

所述微波发生器依次通过所述耦合器、T型偏置器与所述太赫兹量子级联激光器的输入 端相连；所述红外光谱仪与所述太赫兹量子级联激光器的输出端相连；所述频谱仪与所述耦 合器相连。

优选地，采用工作在连续模式的所述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的范围为1～5THz，驱动电流在阈值电流附近，无微波注入时，所 述太赫兹量子级联激光器单模工作。

优选地，所述太赫兹量子级联激光器通过微波传输线进行直流驱动，在所述微波传输线 和所述太赫兹量子级联激光器的脊条之间用微带线连接，使所述微波传输线和太赫兹量子级 联激光器之间的阻抗匹配。

优选地，所述微波发生器输出端口频率不超过25GHz。

优选地，所述微波发生器的产生的微波信号经过所述耦合器和T型偏置器注入到所述太 赫兹量子级联激光器有源区内，来对所述太赫兹量子级联激激光器模式进行调制，调制后从 所述太赫兹量子级联激光器反射回的相邻多纵模差频信号通过所述耦合器最后由所述频谱仪 测得。

优选地，利用所述红外光谱仪检测所述太赫兹量子级联激光器通过微波信号调制后的输 出光谱。

本发明还提供一种利用上述装置来调制太赫兹量子级联激光器模式的方法，所述方法至 少包括：

步骤一、保持所述微波发生器功率为固定值，调制所述微波发生器产生的微波信号的频 率，所述微波信号经过所述耦合器和T型偏置器注入到所述太赫兹量子级联激光器有源区内 对激光器模式进行调制，直到所述频谱仪显示所述太赫兹量子级联激光器多纵模差频信号， 记录该差频信号对应的峰值频率为f_r；

步骤二、保持所述微波发生器功率不变，分别在大于频率f_r、、等于f_r、以及小于f_r下调 制所述微波发生器的频率，再通过所述红外光谱仪检测所述太赫兹量子级联激光器被调制后 的光谱，直到在光谱上检测出多个模式。

优选地，所述步骤二中，保持微波发生器功率不变，在大于f_r的频率一侧调制所述微波 发生器的频率，再通过所述红外光谱仪检测所述太赫兹量子级联激光器被调制后的光谱，直 到光谱中在小于f_r的一侧被调制出一个单模，此时，加上f_r处的模式，光谱上共有两个模式。

优选地，所述步骤二中，保持微波发生器功率不变，所述微波发生器的频率为f_r，再通 过所述红外光谱仪检测所述太赫兹量子级联激光器被调制后的光谱，在光谱中f_r两侧同时观 察到增加的模式，此时，加上f_r处模式，光谱上有大于三个模式。