一种太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统技术方案

本发明专利技术涉及一种太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统，包括第一太赫兹量子级联激光器光频梳源、第二太赫兹量子级联激光器光频梳源、提取模块和锁相环，所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳源发出的梳齿信号耦合进入所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源，并与所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源的梳齿信号相互作用产生双光梳信号；所述提取模块用于提取所述双光梳信号中的一根梳齿作为待锁相梳齿；所述锁相环用于对所述待锁相梳齿进行相位锁定。本发明专利技术实现高频率稳定性的THz QCL双光梳多外差光谱探测。双光梳多外差光谱探测。双光梳多外差光谱探测。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件应用
，特别是涉及一种太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统。

技术介绍

[0002]太赫兹是一种定义在100GHz～10THz之间的特殊电磁波，该波段内涵盖多数气体、生物分子等指纹峰。高分辨率太赫兹光谱测试对生物医疗监测、痕量气体追踪等领域具有重要意义。光频梳是一种具有超高频率稳定性和超低相位噪声的宽带相干光源，以光频梳作为光源将极大提高光谱检测的频率分辨率。太赫兹量子级联激光器(Terahertz quantum cascade laser，THz QCL)是1～5THz内最高效的THz辐射源，THz QCL光频梳是进行高分辨太赫兹光谱测试的理想选择。双光梳是由光频梳发展而来的多外差光谱探测技术，该技术最大的优势是可以摆脱传统THz光谱仪中移动结构的限制，保证最小设备体积的同时具有更高的输出功率和频率分辨率。
[0003]实现THz QCL双光梳多外差光谱探测应用之前，有两个问题亟需解决：提高频率稳定性和双光梳光谱探测。锁相是提高频率稳定性常用的方法，但在THz波段，由于缺乏高稳定THz源作为参考本振和合适的光学滤波器，难以直接实现THz QCL锁相。目前双光梳光谱探测多采用高速肖特基混频器或超低温工作的超导热电子探测器，不可避免的引入准直光路，同时也存在双光梳光谱系统信噪比受高速THz探测器性能制约的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统，实现高频率稳定性的THz QCL双光梳多外差光谱探测。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统，包括第一太赫兹量子级联激光器光频梳源、第二太赫兹量子级联激光器光频梳源、提取模块和锁相环，所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳源发出的梳齿信号耦合进入所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源，并与所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源的梳齿信号相互作用产生双光梳信号；所述提取模块用于提取所述双光梳信号中的一根梳齿作为待锁相梳齿；所述锁相环用于对所述待锁相梳齿进行相位锁定。
[0006]所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳源和第二太赫兹量子级联激光器光频梳源的激射光谱有重叠部分。
[0007]所述提取模块包括T型偏置器和可调谐带通滤波器，所述T型偏置器用于提取所述双光梳信号的电学高频信号，所述可调谐带通滤波器用于提取从双光梳信号的电学高频信号中滤出一根梳齿；所述T型偏置器的直流偏置端口与第二电流源连接，混合端口与所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源电连接，射频端口与所述可调谐带通滤波器的输入端连接；所述可调谐带通滤波器的输出端与所述锁相环相连；所述锁相环的输出端与所述第二电流源相连。
[0008]所述T型偏置器的工作带宽覆盖所述双光梳信号。
[0009]所述T型偏置器和可调谐带通滤波器之间还设置有微波混频器，所述微波混频器还与射频源相连，用于通过所述射频源提供的本振射频信号将GHz量级的双光梳信号下转换为MHz量级。
[0010]所述可调谐带通滤波器的带宽小于2倍双光梳信号的重复频率。
[0011]所述T型偏置器的混合端口通过微带线与所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源电连接。
[0012]所述锁相环还分别与第二电流源和射频源相连，所述锁相环通过对比所述射频源的频率与所述提取模块提取的待锁相梳齿的频率产生反馈信号，并将所述反馈信号作用于所述第二电流源。
[0013]所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳源和第二太赫兹量子级联激光器光频梳源之间设有准直聚焦光路，所述准直聚焦光路用于将第一太赫兹量子级联激光器光频梳源发出的梳齿信号耦合进入所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源。
[0014]所述提取模块和锁相环之间还设有微波放大器，所述微波放大器用于对所述待锁相梳齿的幅值进行放大。
[0015]有益效果
[0016]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：本专利技术充分利用了太赫兹量子级联激光器自探测特性，两个THz QCL光频梳拍频所产生的双光梳信号由其中一个光频梳进行探测。通过可调谐带通滤波器滤出THz QCL双光梳的一根梳齿作为待锁相梳齿，通过锁相环对此梳齿进行相位锁定，从而对THz QCL双光梳进行稳频，实现高频率稳定性的THz QCL双光梳多外差光谱探测。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的原理图；
[0018]图2是本专利技术实施方式的结构示意图。
具体实施方式
[0019]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。
[0020]本专利技术的实施方式涉及一种太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统，该系统基于THz QCL自探测特性，将THz双光梳系统中的一个THz QCL光频梳同时作为探测器，构成一种紧凑的太赫兹双光梳多外差光谱系统；基于THz QCL随泵浦电流微调谐特性，利用电锁相环将双光梳其中一根梳齿锁定，从而提高整体双光梳光谱的频率稳定性。如图1所示，在双光梳系统中，由于光频梳工作环境(包括驱动电流、工作温度、机械振动等)的影响，导致混频产生的双光梳信号为未锁定状态，梳齿在某一中心频率附近发生无规律的频率漂移。通过可调谐带通滤波器滤出THz QCL双光梳的一根梳齿作为待锁相梳齿，通过锁相环对此梳齿进行相位锁定，从而对THz QCL双光梳进行稳频，实现高频率稳定性的THz QCL双光梳多外
差光谱探测。
[0021]本实施方式的太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统包括第一太赫兹量子级联激光器光频梳源、第二太赫兹量子级联激光器光频梳源、提取模块和锁相环，所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳源发出的梳齿信号耦合进入所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源，并与所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源的梳齿信号相互作用产生双光梳信号；所述提取模块用于提取所述双光梳信号中的一根梳齿作为待锁相梳齿；所述锁相环用于对所述待锁相梳齿进行相位锁定。
[0022]其中，第一太赫兹量子级联激光器光频梳源和第二太赫兹量子级联激光器光频梳源具有重叠的光谱范围，其载波包络偏移频率之差小于重复频率之差，即混频可产生微波波段双光梳。
[0023]本实施方式的第一太赫兹量子级联激光器光频梳源和第二太赫兹量子级联激光器光频梳源均可以通过量子级联激光器实现，只需将量子级联激光器设置为光频梳模式工作即可，量子级联激光器中心频率可通过驱动电流的变化在一定带宽内实现线性调谐。具体的，增加电流，中心频率向高频移动；减小电流，中心频率向低频移动。该量子级联激光器同时作为THz高速混频器用于探测微波双光梳信号，即量子级联激光器可自探测。为了通过自探测实现微弱双光梳信号的提取，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统，包括第一太赫兹量子级联激光器光频梳源、第二太赫兹量子级联激光器光频梳源、提取模块和锁相环，其特征在于，所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳源发出的梳齿信号耦合进入所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源，并与所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源的梳齿信号相互作用产生双光梳信号；所述提取模块用于提取所述双光梳信号中的一根梳齿作为待锁相梳齿；所述锁相环用于对所述待锁相梳齿进行相位锁定。2.根据权利要求1所述的太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统，其特征在于，所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳源和第二太赫兹量子级联激光器光频梳源的激射光谱有重叠部分。3.根据权利要求1所述的太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统，其特征在于，所述提取模块包括T型偏置器和可调谐带通滤波器，所述T型偏置器用于提取所述双光梳信号的电学高频信号，所述可调谐带通滤波器用于提取从双光梳信号的电学高频信号中滤出一根梳齿；所述T型偏置器的直流偏置端口与第二电流源连接，混合端口与所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源电连接，射频端口与所述可调谐带通滤波器的输入端连接；所述可调谐带通滤波器的输出端与所述锁相环相连；所述锁相环的输出端与所述第二电流源相连。4.根据权利要求3所述的太赫兹量子级联激光器双光梳稳频系统，其特征在于，所述T型偏置器的工作带宽覆盖所述双光梳信号。5.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎华，赵逸然，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：