[发明专利]基于非相干光源的太赫兹互相关系统

说明书

本发明属太赫兹光谱技术领域，为提出一种基于非相干光源的太赫兹互相关系统，该系统结合时域和频域光谱系统的功能，得到的太赫兹谱具有高信噪比,本发明：基于非相干光源的太赫兹互相关系统，包括光源模块、准太赫兹模块、电学模块和电源供应模块；准太赫兹模块包括光纤延时线、发射光混频天线和接收光混频天线，光纤延时线：用于产生光程差；发射光混频天线:在泵浦光和偏置电压的作用下产生太赫兹辐射；接收光混频天线：在太赫兹辐射和探测光的作用下生成电流信号；光源模块发出的光分为两路，一路作为泵浦光输入发射光混频天线，另一路输出到光纤延时线经延时后输出到接收光混频天线。本发明主要应用于相干光源的太赫兹设备的设计制造场合。

技术领域

本发明属于太赫兹光谱技术领域，具体涉及基于非相干光源的太赫兹互相关系统。

背景技术

太赫兹波通常指频率在0.1～10THz范围内的电磁波，其对应波长在0.03～3mm之间，频谱位于微波与红外之间。在最近的几十年里，随着超短激光技术的发展及泵浦探测采样技术的兴起，太赫兹光谱技术的研究得以发展，其中最为突出的技术就是太赫兹时域光谱技术。由于太赫兹波具有特殊穿透性、光子能量低、瞬态性、宽带性和特征谱分辨等特点，太赫兹时域光谱在光谱学、半导体表征、厚度测量及质量控制等领域得到广泛应用。

传统的太赫兹时域光谱系统利用光电导天线作为发射器和接收器，结合飞秒激光器的超短脉冲进行信号采集。同时，通信波段范围内成熟的激光技术和器件研究，推动了太赫兹时域光谱技术在理论阶段的进一步发展。然而超短脉冲激光器较为昂贵的价格在一定程度上阻碍了该技术投入实际应用的进程。

二十多年前，一种利用多模激光二极管替代超短激光的技术应运而生，该技术依赖于光混频器件中激光光谱成分的叠加。光谱的叠加生成了一个位于太赫兹频率的拍频，通过加速经过调制的载流子生成太赫兹波，最后利用接收光混频器的互相关效应实现太赫兹探测。由于多模激光二极管自身的特性，得到的太赫兹频谱是离散的，这将影响太赫兹频谱的分辨率。因此，优化梳状频率谱线、保证太赫兹谱的连续性成为太赫兹光谱技术亟待解决的难题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种基于非相干光源的太赫兹互相关系统，该系统结合时域和频域光谱系统的功能，得到的太赫兹谱具有高信噪比。

为了实现上述的目的，本发明采取的技术方案是：基于非相干光源的太赫兹互相关系统，包括光源模块、准太赫兹模块、电学模块和电源供应模块；准太赫兹模块包括光纤延时线、发射光混频天线和接收光混频天线，光纤延时线：用于产生光程差；发射光混频天线:在泵浦光和偏置电压的作用下产生太赫兹辐射；接收光混频天线：在太赫兹辐射和探测光的作用下生成电流信号；光源模块发出的光分为两路，一路作为泵浦光输入发射光混频天线，另一路输出到光纤延时线经延时后输出到接收光混频天线，发射光混频天线发出的太赫兹辐射也聚焦到接收光混频天线，实现信号的相干探测；电学模块包括锁相放大器:用于提高太赫兹信号的信噪比；数据采集卡:将锁相放大器输出的模拟信号转换为数字信号输出给计算机；计算机：用于光纤延时线的运动控制和数据采集卡的数据输出接收，并对采集的数据进行可视化处理；电源供应模块是指给光源模块、准太赫兹模块和电学模块三个部分提供电源的供应电源。

其中光源模块包括放大自发辐射ASE光源：用作产生宽带光的光源；光纤隔离器：用于减少反射光对光源模块输出功率稳定性产生的不良影响；光纤滤波器：选取合适的光谱带宽，进而提高光波到太赫兹波的转换效率；放大自发辐射ASE光源控制器：用于放大自发辐射ASE光源的功率和温度控制；偏置电压源：用于为发射光混频天线提供偏置电压和锁相放大器提供参考信号。

其中，发射光混频天线和接收光混频天线的工作原理是基于连续波差频产生太赫兹辐射，适用于中心波长1550nm的激光激励，其使用的材料是铟镓砷InGaAs；其将天线芯片、高阻硅半球形透镜进行集成封装，得到封装后的模块一端是光纤输入，另一端是半球形硅透镜；