[发明专利]中远红外波段光栅、光纤耦合多波束相干接收系统

权利要求书

1.中远红外波段光栅、光纤耦合多波束相干接收系统，其特征在于，包括：中远红外本振信号源（1）、光栅分光器（2）、多波束光纤耦合系统（3）、2×2像元中远红外超导HEB混频器（4）、多通道直流偏置电源（5）、多通道低温低噪声放大器（6）和常温中频及其匹配高分辨频谱处理单元（7）；所述中远红外本振信号源（1）产生本振信号，并聚焦于光栅分光器（2）表面，所述光栅分光器（2）将入射的本振信号反射分离为2×2共四束反射本振信号，四束本振信号通过多波束光纤耦合系统（3）耦合至光纤端面，然后经由光纤传输至低温杜瓦中2×2像元中远红外超导HEB混频器（4）的一侧，实现本振信号的分配与耦合；探测信号与本振信号由2×2像元中远红外超导HEB混频器（4）进行混频，产生四路中频信号，四路中频信号先经过多通道低温低噪声放大器（6）进行放大，再通过常温中频及其匹配高分辨频谱处理单元（7）进行高分辨频谱处理；所述多通道直流偏置电源（5）与2×2像元中远红外超导HEB混频器（4）相连，用于向2×2像元中远红外超导HEB混频器（4）提供直流偏置；

所述2×2像元中远红外超导HEB混频器（4）和多通道低温低噪声放大器（6）位于4K闭环制冷系统（8）中；

所述中远红外本振信号源（1）包括量子级联激光器（21）和离轴抛物面反射镜（22），所述量子级联激光器（21）产生本振信号，经过离轴抛物面反射镜（22）反射聚焦于光栅分光器（2）表面；

所述光栅分光器（2）采用阶梯光栅（23），本振信号经过离轴抛物面反射镜（22）反射聚焦于阶梯光栅（23）表面，所述阶梯光栅（23）通过调控反射信号的波前相位，将入射的本振信号反射分离为2×2共四束反射本振信号；

所述多波束光纤耦合系统（3）包括光纤耦合器（24）和中远红外光纤（25），四束反射本振信号通过由抛物面反射镜构成的光纤耦合器（24）将各束反射信号耦合至中远红外光纤（25）端面；

所述2×2像元中远红外超导HEB混频器（4）为由四个中远红外超导HEB探测器构成的四像元超导HEB混频器阵列（26），2×2像元中远红外超导HEB混频器（4）包括超半球透镜（31）和中远红外超导HEB混频器芯片（32），探测信号由超半球透镜（31）耦合至中远红外超导HEB混频器芯片（32），本振信号由中远红外光纤（25）端面经自由空间耦合至中远红外超导HEB混频器芯片（32），中远红外光纤（25）端面与中远红外超导HEB混频器芯片（32）距离小于1mm。

2.如权利要求1所述的中远红外波段光栅、光纤耦合多波束相干接收系统，其特征在于：所述阶梯光栅（23）利用Si基板进行多层深硅刻蚀，并以蒸镀金涂层作为反射式多波束阶梯光栅。

3.如权利要求1所述的中远红外波段光栅、光纤耦合多波束相干接收系统，其特征在于：所述中远红外光纤（25）采用可工作在4 k温区的多晶光纤。