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制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术能够使得产生的双光梳光谱更宽。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及半导体光电器件应用
，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。
技术介绍
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(QuantumCascadeLasers，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(TerahertzQCL，THzQCL)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THzQCL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(FourierTransformInfrared,FTIR)光谱和时域光谱(Time-domainSpectroscopy)相比，双光梳光谱(即利用两个THzQCL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THzQCL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，THzQCL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THzQCL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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。所述第一太赫兹量子级联激光器的上电极分别通过金线引线与陶瓷片键合，所述陶瓷片与所述第一直流源的正极一端连接，所述第一太赫兹量子级联激光器的下电极与第一直流源的负极连接；所述第二太赫兹量子级联激光器的上电极通过金线引线与陶瓷片键合，所述陶瓷片与所述第二直流源的正极一端连接，所述第二太赫兹量子级联激光器的下电极与所述第二直流源的负极连接。所述第一太赫兹量子级联激光器的上电极分别通过金线引线与第一微带线键合；所述第二太赫兹量子级联激光器的上电极通过金线引线与第二微带线键合。所述第一T型偏置器具有一个直流偏置端口、一个射频端口和一个射频与直流混合端口，所述直流偏置端口与所述第一直流源连接，所述射频端口与所述第一射频源连接，所述混合端口通过第一高频同轴线缆与所述第一太赫兹量子级联激光器连接；所述第二T型偏置器具有一个直流偏置端口、一个射频端口和一个射频与直流混合端口，所述直流偏置端口与所述第二直流源连接，所述射频端口分别与所述第二射频源和所述频谱分析仪连接，所述混合端口通过第二高频同轴线缆与所述第二太赫兹量子级联激光器连接。本专利技术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方法，采用上述的基于非共振射频注入产生超宽带太赫兹双光梳装置，包括以下步骤：(1)两个直流源分别同时给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供电；(2)所述第一射频源向所述第一太赫兹量子级联激光器注入射频信号，注入的射频信号频率接近所述第一太赫兹量子级联激光器的腔内往返频率，此时所述第二太赫兹量子级联激光器不进行射频注入，在所述频谱分析仪上观察到下转换光谱；(3)逐渐增加注入的射频信号的功率，同时根据频谱分析仪上双光梳光谱的变化改变注入的射频信号的频率，产生比共振注入情况下更宽的双光梳谱；(4)第二射频源向所述第二太赫兹量子级联激光器注入的射频信号，注入的射频信号接近所述第二太赫兹量子级联激光器的腔内往返频率，此时所述第一太赫兹量子级联激光器不进行射频注入，逐渐增加注入的射频信号功率和频率，也产生比共振注入情况下更宽的双光梳谱。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术将两个相距较远的太赫兹量子级联激光器通过光耦合拍频产生下转换双光梳光谱，并通过非共振射频注入产生更宽的双光梳光谱带宽。并且，两个THzQCL可以分别充当激光器和探测器完成非共振射频注入实现超宽带双光梳光谱。本专利技术相比于传统傅里叶变换红外光谱仪，具有快速高效且高分辨率的特点，且还可以应用于物质的快速精密太赫兹光谱测量中。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术对应条件下的拍频信号谱图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的实施方式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，如图1所示，包括处于真空环境下的第一太赫兹量子级联激光器1和第二太赫兹量子级联激光器2，所述第一太赫兹量子级联激光器1和第二太赫兹量子级联激光器2独立工作，所述第一太赫兹量子级联激光器1通过第一高频同轴线缆线3与第一T型偏置器4相连，所述第一T型偏置器4与第一射频源5相连，所述第一太赫兹量子级联激光器1和第一T型偏置器4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，其特征在于，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。/n

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述的基于非共振射频注入产生超宽带太赫兹双光梳装置，其特征在于，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。


3.根据权利要求1所述的基于非共振射频注入产生超宽带太赫兹双光梳装置，其特征在于，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。


4.根据权利要求1所述的基于非共振射频注入产生超宽带太赫兹双光梳装置，其特征在于，所述第一太赫兹量子级联激光器的上电极分别通过金线引线与陶瓷片键合，所述陶瓷片与所述第一直流源的正极一端连接，所述第一太赫兹量子级联激光器的下电极与第一直流源的负极连接；所述第二太赫兹量子级联激光器的上电极通过金线引线与陶瓷片键合，所述陶瓷片与所述第二直流源的正极一端连接，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎华，廖小瑜，李子平，曹俊诚，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31