[发明专利]一种自参考太赫兹双光梳系统

说明书

本发明涉及一种自参考太赫兹双光梳系统，包括：第一光频梳、第二光频梳、T型偏置器和分波器；第一光频梳发出的光信号经过自由空间耦合进入第二光频梳的谐振腔中，并与第二光频梳拍频产生双光梳信号；T型偏置器用于获取由第二光频梳的自探测机制得到的双光梳信号；分波器用于将双光梳信号分成两路双光梳信号，第一路双光梳信号通过梳齿提取装置提取出一根梳齿后进入混频器的LO端口，第二路双光梳信号直接进入混频器的RF端口；混频器用于将双光梳信号与提取出的一根梳齿进行混频，并向频谱分析仪输出混频后的自参考双光梳信号；频谱分析仪用于实时检测得到的自参考双光梳信号。本发明能够获得高稳定的双光梳光谱。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件应用技术领域，特别是涉及一种自参考太赫兹双光梳系统。

背景技术

光学频率梳由一系列等间距分布的相干频率线组成，在时域上表现为固定相位关系的超短脉冲，具有高频率稳定性和低相位噪声特点。光频梳被用于精密光谱测量、时间测量、通信、测距等领域。基于其频率稳定的特性，还可用于绝对频率标定及高分辨率的光谱测量，光频梳通常由锁模激光器或非线性光学介质的四波混频效应产生。

双光梳是光频梳在高精度光谱中的直接应用，两个重复频率相近的光频梳通过相邻模式对拍频形成多外差光谱，称为双光梳。基于两个光频梳的外差采样，双光梳可以实现宽谱的高分辨率光谱测试，相较于傅立叶红外光谱仪(FTIR)和太赫兹时域光谱仪(THz-TDS)等传统的光谱设备，无需机械扫描结构，也不需要大体积飞秒激光器，因此双光梳光谱技术具有体积小、光谱数据获取快等特点。

太赫兹(THz)双光梳光谱系统，即利用两个太赫兹量子级联激光器(QCL)产生的光频梳形成多外差双光梳光谱。太赫兹频率范围内存在大量气体和化学物质的吸收谱，基于太赫兹量子级联激光器的太赫兹双光梳光谱系统可以用于武器毒品和炸药等安检领域，以及生物医学领域的无损伤探测，同时还可以用于通信及成像等相关领域。同时，由于太赫兹量子级联激光器本身具有体积小，功率高，易于片上集成等优势，有助于太赫兹双光梳光谱系统的小型化集成化应用。

太赫兹量子级联激光器双光梳噪声决定了太赫兹双光梳光谱的分辨率和信噪比。根据双光梳的原理，其噪声同时来自两个光频梳。单个光频梳可以由载波包络偏移频率和重复频率两个参数确定，理论上，当两个频率参数确定，光频梳唯一确定，进而拍频得到的双光梳也唯一确定。然而，光频梳往往会受到电流、温度、机械振动等多方面的影响，载波漂移频率和重复频率并不能保持绝对稳定，光频梳的噪声会通过模式间拍频传递到下转换的双光梳，在频域表现为双光梳载波漂移频率和重复频率的抖动，限制了双光梳高精度光谱的应用。可以通过锁定光频梳的载波频率和重复频率实现完全锁定的双光梳光谱。但是在太赫兹波段，光频梳重复频率的提取和锁定需要额外的复杂装置，更困难的是，由于在太赫兹量子级联激光器中难以实现倍频程频谱覆盖以及缺乏太赫兹高频器件，无法通过现有手段实现载波包络偏移频率的锁定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自参考太赫兹双光梳系统，能够获得高稳定的双光梳光谱。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种自参考太赫兹双光梳系统，包括：第一光频梳、第二光频梳、T型偏置器和分波器；所述第一光频梳发出的光信号经过自由空间耦合进入所述第二光频梳的谐振腔中，并与所述第二光频梳拍频产生双光梳信号；所述T型偏置器用于获取由所述第二光频梳的自探测机制得到的所述双光梳信号；所述分波器用于将所述双光梳信号分成两路双光梳信号，第一路双光梳信号通过梳齿提取装置提取出一根梳齿后进入混频器的LO端口，第二路双光梳信号直接进入所述混频器的RF端口；所述混频器用于将所述双光梳信号与所述提取出的一根梳齿进行混频，并向频谱分析仪输出混频后的自参考双光梳信号；所述频谱分析仪用于实时检测得到的自参考双光梳信号。

所述T型偏置器的混合端口与所述第二光频梳相连，DC端口与电流源连接，AC端口与所述分波器相连。