[发明专利]一种太赫兹波产生装置及产生方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹波产生装置及产生方法，公开的装置包括锁模激光器、光路耦合器和多波混频装置，锁模激光器与多波混频装置通过光路耦合器耦合连接，锁模激光器作为光频梳源产生一系列相干的等间距光频梳，光路耦合器将锁模激光器产生的等间距光频梳耦合至多波混频装置中，多波混频装置将输入的等间距光频梳进行过滤，筛选出目标光频，使用多波混频技术对目标光频进行拍频以产生太赫兹波。所述太赫兹波产生装置结构简单，在常温下也可以工作，可以高效且可靠的产生太赫兹波。

技术领域

本发明主要涉及太赫兹波技术领域，具体地说，涉及一种太赫兹波的产生装置及产生方法。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1THz—10THz波段内的电磁波，其频段位于红外和微波之间，处于宏观电子学与微观光子学的过渡区。太赫兹波信号具有独特的高穿透、高带宽、低光子能量、优异的光谱分辨能力等特点，在成像、雷达、安全检测及高速通信领域均有重要的研究价值和广泛的应用前景。太赫兹技术的发展逐渐填补了曾经的“太赫兹空隙”，进一步推动了太赫兹在各个领域的应用。然而，目前的太赫兹波段仍缺乏高效的太赫兹波源、灵敏的太赫兹探测器及相关调节元器件。这极大程度地限制了太赫兹波的进一步应用，导致其丰富的频谱未被充分的开发。而可靠且高效的太赫兹波源在整个太赫兹技术研究中占据至关重要的位置，是该领域的研究热点。

目前市面上存在的基于光子学技术的太赫兹辐射源主要为量子级联激光器、气体激光器和自由电子激光器，它们存在以下缺点：

1.通常需要在低温环境下工作；

2.产生太赫兹波的装置结构复杂，成本高；

3.输出功率有限。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种太赫兹波产生装置以及产生方法，以解决现有产生太赫兹波的装置结构复杂，需要在低温下工作且输出功率有限的缺点。

本发明中的太赫兹波产生装置，包括锁模激光器、光路耦合器和多波混频装置，所述锁模激光器与所述多波混频装置通过所述光路耦合器耦合连接，锁模激光器，作为光频梳源产生一系列相干的等间距光频梳；光路耦合器，将锁模激光器产生的等间距光频梳耦合至多波混频装置中；多波混频装置，用于将输入的等间距光频梳进行过滤，筛选出目标光频，使用多波混频技术对目标光频进行拍频以产生太赫兹波。

优选地，所述锁模激光器由量子点材料设计而成，其能产生100GHz及以上的重频。

优选地，所述锁模激光器为超高频光学频率梳量子点锁模激光器，所述超高频光学频率梳量子点锁模激光器是采用GaAs衬底或硅基GaAs衬底制成。

优选地，所述多波混频装置包括一个微环谐振器，所述微环谐振器与所述锁模激光器通过所述光路耦合器耦合连接，所述微环谐振器用于将输入的等间距光频梳进行过滤，筛选出目标光频，使用多波混频技术对目标光频进行拍频以产生太赫兹波。

优选地，所述多波混频装置包括两个微环谐振器和一个Y形波导，所述两个微环谐振器的输入端分别和所述光路耦合器耦合连接，输出端分别和所述Y形波导的输入端光路连接，所述两个微环谐振器用于从光学频率梳中过滤出所需的不同频率的备选光频，所述Y形波导将输入的不同频率的备选光频进行混合，输出目标光频，使用多波混频技术对目标光频进行拍频以产生太赫兹波。

优选地，所述微环谐振器的半径为：

其中，r为微环谐振器的半径,FSR为微环谐振器的自由空间射程，为制造微环谐振器的材料反射系数，为目标光的波长。

优选地，所述微环谐振器或Y形波导由氮化硅(SiNx)或硅基SOI材料制成。