[发明专利]基于非共振射频注入产生超宽带太赫兹双光梳装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于非共振射频注入产生超宽带太赫兹双光梳装置，包括处于真空环境下的第一太赫兹量子级联激光器和第二太赫兹量子级联激光器，其中，所述第一太赫兹量子级联激光器和第二太赫兹量子级联激光器放置在同一高度上，且两者之间具有一定距离，第一太赫兹量子级联激光器的光通过抛物面镜进入第二太赫兹量子级联激光器，并在所述第二太赫兹量子级联激光器的谐振腔内进行光耦合。本发明还涉及一种基于非共振射频注入产生超宽带太赫兹双光梳方法。本发明能够使得产生的双光梳光谱更宽。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件应用技术领域，特别是涉及一种基于非共振射频注入产生超宽带太赫兹双光梳装置及方法。

背景技术

具有相等间隔和低相位噪声频率线的宽带双光梳光源对于高分辨率光谱学和计量学非常重要。在太赫兹频率范围内，有着高输出功率，良好的远场光束质量和宽频率覆盖范围的电泵浦量子级联激光器(Quantum Cascade Lasers，QCL)能够产生光频梳。但是，由于群速度色散的关系，自由运行的太赫兹QCL(Terahertz QCL，THz QCL)通常显示出有限的光频梳的双光梳带宽，这远小于激光器的增益带宽。目前，虽然在激光往返频率上进行共振射频注入锁定已广泛应用于THz QCL的发射光谱展宽，但由于共振注入(注入频率等于谐振腔的往返频率)引起的大相位噪声和非理想的微波电路，仍然很难显著展宽光频梳和双光梳带宽。

与传统的傅里叶变换红外(Fourier Transform Infrared,FTIR)光谱和时域光谱(Time-domain Spectroscopy)相比，双光梳光谱(即利用两个THz QCL形成的多外差光谱)是将对THz波段的分析转到射频波段，以便于更好的信号分辨和处理。除此之外，双光梳外差光谱系统由于其紧凑的系统结构，不需要任何移动部件就能够实现快速高分辨率的光谱，并且其噪声特性优于FTIR光谱和时域光谱，能够探测到更宽的光谱范围。

在现有技术中，已经实现的THz QCL双光梳光谱有片上双光梳和紧凑型分离式双光梳。对于片上双光梳系统，两个激光器被制作在同一衬底上。正是因为这种结构，THz QCL之间通过衬底或者激光介质进行光耦合，导致这种系统不能够满足光谱检测。而对于紧凑型分离式双光梳系统，虽然两个THz QCL没有共用同一衬底，但由于两者相隔很近，很难进行体积较大或者样品较复杂的快速检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于非共振射频注入产生超宽带太赫兹双光梳装置及方法，使得产生的双光梳光谱更宽。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于非共振射频注入产生超宽带太赫兹双光梳装置，包括处于真空环境下的第一太赫兹量子级联激光器和第二太赫兹量子级联激光器，所述第一太赫兹量子级联激光器和第二太赫兹量子级联激光器独立工作，所述第一太赫兹量子级联激光器与第一T型偏置器相连，所述第一T型偏置器与第一射频源相连，所述第一太赫兹量子级联激光器和第一T型偏置器分别与第一直流源相连；所述第二太赫兹量子级联激光器与第二T型偏置器相连，所述第二T型偏置器分别与第二射频源和频谱分析仪相连，所述第二太赫兹量子级联激光器和第二T型偏置器分别与第二直流源相连，所述第一太赫兹量子级联激光器和第二太赫兹量子级联激光器放置在同一高度上，且两者之间具有一定距离，其中第一太赫兹量子级联激光器的光通过抛物面镜进入第二太赫兹量子级联激光器，并在所述第二太赫兹量子级联激光器的谐振腔内进行光耦合；所述第一太赫兹量子级联激光器和第二太赫兹量子级联激光器的直流偏置电流不同，并且所述第一太赫兹量子级联激光器和第二太赫兹量子级联激光器的发射频谱重叠但是其频率不同。

所述第一太赫兹量子级联激光器和第二太赫兹量子级联激光器之间的间距为15～30cm。

所述第一太赫兹量子级联激光器后端面2～5mm位置处放置有用于阻抗匹配的第一微带线；所述第二太赫兹量子级联激光器后端面2～5mm位置处放置有用于阻抗匹配的第二微带线。