一种自参考太赫兹双光梳系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术能够获得高稳定的双光梳光谱。能够获得高稳定的双光梳光谱。能够获得高稳定的双光梳光谱。

【技术实现步骤摘要】
一种自参考太赫兹双光梳系统


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件应用
，特别是涉及一种自参考太赫兹双光梳系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本专利技术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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]所述T型偏置器与所述分波器之间设置有第一低噪声放大器，所述第一低噪声放大器用于放大所述T型偏置器通过自探测机制获取的双光梳信号。
[0010]所述分波器和混频器之间设置有第二低噪声放大器，所述第二低噪声放大器用于放大经所述分波器分波后衰减的第二路双光梳信号。
[0011]所述梳齿提取装置和所述混频器之间设置有第三低噪声放大器，所述第三低噪声放大器用于放大所述提取出的一根梳齿。
[0012]所述梳齿提取装置为带通滤波器。
[0013]有益效果
[0014]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：本专利技术通过提取双光梳的一根梳齿，并将其与原双光梳混频实现自参考，抵消了载波包络漂移频率不稳定带来的频率抖动，最终得到了稳定的自参考双光梳光谱，表现为双光梳梳齿线宽大幅降低，极大地提高了双光梳光谱的稳定性。本专利技术无需对光频梳复杂的锁相操作，用自参考的方式提高了系统稳定性，有利于进一步拓展THz双光梳光谱系统的应用，实现THz波段物质的实时高分辨精密测量。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施方式的原理图；
[0016]图2是本专利技术实施方式的结构示意图。
具体实施方式
[0017]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。
[0018]本专利技术的实施方式涉及一种自参考太赫兹双光梳系统，该系统通过提取一根双光梳信号的梳齿与双光梳信号进行混频，从而抵消载波包络漂移频率抖动的影响，实现获得高稳定的双光梳光谱。
[0019]如图1所示，本实施方式的原理如下：
[0020]光频梳由载波包络偏移频率f
ceo
和重复频率f
rep
两个参数确定，其中第N根梳齿可以表示为：
[0021]f＝f
ceo
+Nf
rep
[0022]从第一光频梳和第二光频梳出发，其第N根梳齿的频率分别表示为：
[0023]f1＝f
ceo1
+Nf
rep1
[0024]f2＝f
ceo2
+Nf
rep2
[0025]f
ceo1
和f
ceo2
分别为第一光频梳和第二光频梳的载波包络漂移频率，f
rep1
和f
rep2
则为第一光频梳和第二光频梳的重复频率。
[0026]双光梳由光频梳模式间拍频得到，其单根梳齿(第N根)可以表示为：
[0027]f＝(f
ceo1
‑
f
ceo2
)+N(f
rep1
‑
f
rep2
)
[0028]可以将其写成与光频梳一样的形式：
[0029]f＝f
ceo,dc
+Nf
rep,dc
[0030]即双光梳的载波包络偏移频率f
ceo,dc
＝f
ceo1
‑
f
ceo2
，重复频率f
rep,dc
＝f
rep1
‑
f
rep2
。然而，由于诸如温度、电流等多种因素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自参考太赫兹双光梳系统，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的自参考太赫兹双光梳系统，其特征在于，所述T型偏置器的混合端口与所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎华，马旭红，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：