[发明专利]一种脉冲模式太赫兹量子级联激光器射频调制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器，尤其涉及一种脉冲模式太赫兹量子级联激光器射频调制系统及方法。

背景技术

太赫兹(THz)波是指频率从0.1THz到10THz，相应波长从3mm到3μm范围内，介于毫米波与红外光之间的电磁波。从物理学看，太赫兹波处于电子学向光子学的过渡区；从频域上看，太赫兹波覆盖半导体以及等离子体的各特征能量、有机和生物大分子等的转动和振动能量、约50％的宇宙空间光子能量等；从应用角度看，太赫兹波的频带宽、测量信噪比高、适合于信息领域的高空间和时间分辨率成像与信号处理、大容量与高保密的数据传输、射电天文探测、大气与环境监测、实时与安全的生物与医学诊断等等。因此，太赫兹波在国民经济及国家安全等方面有重大的应用价值。

太赫兹辐射源是太赫兹技术应用的核心部件。在众多太赫兹辐射产生方式中，基于半导体的全固态太赫兹量子级联激光器，由于其能量转换效率高、体积小、轻便和易集成等优点，成为太赫兹领域研究的一个热点。太赫兹量子级联激光器的有缘区结构主要有束缚态向连续态跃迁和共振声子两种设计结构，其中，束缚态向连续态跃迁结构的激光器具有阈值电流密度低和工作电压低的优点，因此易于连续波工作；而共振声子结构的激光器则具有工作温度高和输出功率大的优点，但由于其阈值电流、电压大的问题，因此只能工作在脉冲模式。

通过在太赫兹量子级联激光器上加入射频调制，当调制频率与激光纵模间隔相当时，激光器模式间距将锁定到调制频率，从而可使激射谱范围增大，一项重要的应用是产生宽谱太赫兹光频梳。现有技术中，针对连续波模式太赫兹量子级联激光器的射频调制已经可以实现，具体来说，用于连续波模式太赫兹量子级联激光器的射频调制系统包括T型偏置器，该T型偏置器由高频电感和高频电容组成，其中，高频电感起到隔离交流、传输直流的作用，高频电容起到隔离直流、传输交流的作用；通过将直流源接入电感端，将射频源接入电容端，从而将射频信号和直流电信号叠加然后直接加载到激光器上，即可实现直流偏置和射频调制。然而，对于脉冲模式太赫兹量子级联激光器而言，则不能直接采用这种系统进行射频调制，这是因为，脉冲源信号无法通过T型偏置器的高频电感输入到激光器中。

鉴于现有技术中还未见有关于脉冲量子级联激光器射频调制的报道，目前有必要提供一种脉冲模式太赫兹量子级联激光器射频调制系统及方法。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种脉冲模式太赫兹量子级联激光器射频调制系统及方法，以实现对激光器进行有效调制，并实现激光器宽谱成谱。

本发明之一所述的一种脉冲模式太赫兹量子级联激光器射频调制系统，包括：

一通过一电极片与所述太赫兹量子级联激光器连接的脉冲源，其驱动所述太赫兹量子级联激光器工作在脉冲模式并产生激光器纵模间拍频信号；

一通过一微带线与所述太赫兹量子级联激光器连接的T型偏置器；

一通过一环形器与所述T型偏置器连接的射频源，其产生一具有设定频率的射频信号；以及

与所述环形器连接的频谱分析仪；

其中，所述环形器配置为：一方面将经过所述微带线和所述T型偏置器耦合输出的所述激光器纵模间拍频信号引导至所述频谱分析仪，以使该频谱分析仪对所述激光器纵模间拍频信号进行频域分析，另一方面将所述射频信号引导至所述T型偏置器，以使该射频信号经过所述T型偏置器和所述微带线注入所述太赫兹量子级联激光器中进行射频调制；

所述射频信号的设定频率配置为：根据所述频谱分析仪对所述激光器纵模间拍频信号进行频域分析所获得的分析结果进行设置。

在上述的脉冲模式太赫兹量子级联激光器射频调制系统中，所述太赫兹量子级联激光器的波导结构为半绝缘表面等离子体波导结构或双面金属波导结构，所述波导结构具有上表面金属层，且该上表面金属层的后端通过金丝键合连接至所述微带线，所述上表面金属层还通过金丝键合连接至所述电极片。

在上述的脉冲模式太赫兹量子级联激光器射频调制系统中，所述环形器还配置为：使所述射频源与所述频谱分析仪之间信号隔离。

在上述的脉冲模式太赫兹量子级联激光器射频调制系统中，所述系统还包括连接在所述环形器与所述频谱分析仪之间的、用于放大所述激光器纵模间拍频信号的信号放大器。

在上述的脉冲模式太赫兹量子级联激光器射频调制系统中，所述射频源通过高频传输线与所述环形器连接，所述环形器通过高频传输线分别与所述频谱分析仪以及所述T型偏置器连接，所述T型偏置器通过高频传输线与所述微带线连接。