一种量子级联激光器调制带宽测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种量子级联激光器调制带宽测试系统和方法，其中，测试系统包括探测用量子级联激光器、第一T型偏置器、第二T型偏置器、射频源和频谱分析仪；所述待测量子级联激光器与所述探测用量子级联激光器实现光耦合，使得所述待测量子级联激光器的本征频率与所述探测用量子级联激光器的光频梳频率线混频产生拍频信号；所述射频源用于产生调制信号，并以预设频率为间距调整调制频率，使得所述待测量子级联激光器产生调制边带；所述频谱分析仪用于记录所述调制边带与所述光频梳频率线的拍频信号。本发明专利技术能够对量子级联激光器调制带宽准确表征。准确表征。准确表征。

【技术实现步骤摘要】
一种量子级联激光器调制带宽测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件应用
，特别是涉及一种量子级联激光器调制带宽测试系统及方法。

技术介绍

[0002]激光器调制带宽是决定直接调制通信系统速率的关键之一。通常将激光器的弛豫振荡频率作为其3dB调制带宽，当调制频率大于弛豫振荡频率时，激光器的调制响应将急剧下降。弛豫振荡现象产生的根本原因是受激辐射和增益饱和：反转粒子数和光子数密度的相互作用共同决定激光器对泵浦条件的瞬态响应。理论上，可以通过求解含有小信号微扰的速率方程获得激光器的传递函数，进而获得弛豫振荡频率方程，主要包括上能级电子寿命、光子寿命和受激发射寿命三个特征时间参数。传统带间半导体激光器，通过电子空穴复合产生光子，上能级电子寿命长，弛豫振荡方程具有实部解，因此具有弛豫振荡现象。而量子级联激光器是一种基于导带中子带间电子跃迁产生光子的半导体电泵浦激光器。单极性的量子级联激光器的载流子只有电子，通过声子散射趋于稳态，上能级电子寿命非常短，在皮秒量级。通过求解速率方程得到的弛豫振荡频率方程没有实部解，量子级联激光器对外界小信号调制是一种超快的过阻尼过程，没有弛豫振荡现象。因此，如果不考虑寄生效应，量子级联激光器的直接调制带宽高达百GHz。这种高速特性令量子级联激光器在高速高容量通信领域具有巨大的应用潜力。
[0003]量子级联激光器调制带宽测试是实现应用的重要前提。目前被广泛采用的是微波整流法，这是一种基于量子级联激光器固有的非线性电流
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电压(IV)特性的方法。对量子级联激光器进行不同频率的电流调制，提取偏置电路上的电压变化反应调制响应。显然这是一种间接的电学测量方法，其结果往往受到损耗、阻抗匹配等因素的影响，无法真实反映量子级联激光器的调制响应带宽。光学测量是最直接的方法，如采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)测量器件的调制边带，但这种方法受限于FTIR的灵敏度和分辨率，尤其是在高频调制下，激光器的边带幅度较小，无法突破FTIR的底噪，从而引起测量误差。高速、高灵敏探测器是光学测试量子级联激光器调制带宽的主要瓶颈。

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量子级联激光器调制带宽测试系统及方法，能够对量子级联激光器调制带宽准确表征。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种量子级联激光器调制带宽测试系统，包括探测用量子级联激光器、第一T型偏置器、第二T型偏置器、射频源和频谱分析仪；所述第一T型偏置器的混合端口与待测量子级联激光器相连、AC端口与所述射频源相连、DC端口与电流源相连；所述第二T型偏置器的混合端口与所述探测用量子级联激光器相连，AC端口与所述频谱分析仪相连、DC端口与电流源相连；所述待测量子级联激光器与所述探测用量子级联激光器实现光耦合，使得所述待测量子级联激光器的本征频率与所述探测
用量子级联激光器的光频梳频率线混频产生拍频信号；所述射频源用于产生调制信号，并以预设频率为间距调整调制频率，使得所述待测量子级联激光器产生调制边带；所述频谱分析仪用于记录所述调制边带与所述光频梳频率线的拍频信号。
[0006]所述探测用量子级联激光器和所述待测量子级联激光器具有相同的有源区结构。
[0007]所述探测用量子级联激光器和所述待测量子级联激光器的增益区间重叠。
[0008]所述待测量子级联激光器与所述探测用量子级联激光器通过光学回路实现光耦合，所述光学回路包括第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜，所述第一离轴抛物面镜用于收集所述待测量子级联激光器的太赫兹光束，并将发散的所述太赫兹光束转换为平行的太赫兹光束传输到所述第二离轴抛物面镜；所述第二离轴抛物面镜用于收集所述平行的太赫兹光束并汇聚至所述探测用量子级联激光器的谐振腔内。
[0009]所述第二T型偏置器的AC端口与所述频谱分析仪之间还设置有低噪声放大器。
[0010]所述探测用量子级联激光器通过引线键合、阻抗匹配器、高频同轴线与所述第二T型偏置器的混合端口连接。
[0011]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种量子级联激光器调制带宽测试方法，包括以下步骤：
[0012]将探测用量子级联激光器与待测量子级联激光器进行光耦合；
[0013]将第一T型偏置器的混合端口与所述待测量子级联激光器相连、AC端口与射频源相连、DC端口与电源相连，令所述待测量子级联激光器以单模模式工作；
[0014]将第二T型偏置器的混合端口与所述探测用量子级联激光器相连、AC端口与频谱分析仪相连，DC端口与电源相连，令所述探测用量子级联激光器以光频梳模式工作；
[0015]在所述频谱分析仪上寻找所述待测量子级联激光器与所述探测用量子级联激光器的拍频信号f1并记录；
[0016]设置所述射频源输出功率和输出频率；
[0017]频谱分析仪在拍频信号f1加所述输出频率附近寻找调制边带与光频梳频率线的拍频信号并记录；
[0018]保持所述射频源输出功率不变，增加输出频率，其中，增加值为预设频率，在频谱分析仪寻找调制边带与光频梳频率线的拍频信号并记录，重复该步骤直至调制边带与光频梳频率线的拍频信号无法被所述频谱分析仪测到；
[0019]根据所述频谱分析仪记录的调制边带与光频梳频率线的拍频信号，取二分之一最大幅值的频率为所述待测量子级联激光器的调制带宽。
[0020]有益效果
[0021]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：本专利技术采用的方法为光学测试方法，其能够对调制带宽进行直接测试，避免微波整流等间接电学测试潜在的准确性问题。本专利技术的系统中采用的各个部件都是已经成功商用的微波产品，根据实际需求可灵活选用，可选择的微波产品工作频率不会对整个系统的最低探测频率造成限制，因此能够对待测量子级联激光器的调制带宽进行完全测试。本专利技术选用与待测量子级联激光器相同的有源区结构的量子级联激光器作为探测器，避免探测器对系统频率的限制，本专利技术还可以通过调整器件尺寸确保作为探测器的量子级联激光器的探测带宽大于待测量子级联激光器的调制带宽。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施方式的测试原理图；
[0023]图2是本专利技术实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0024]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。
[0025]本专利技术的实施方式涉及一种量子级联激光器调制带宽测试系统，本测试系统基于量子级联激光器的自探测机制。
[0026]为了保证待测量子级联激光器的调制边带与作为探测器的量子级联激光器在频域上产生拍频，特采用量子级联激光器光频梳作为探测器，能够提供足够的频谱带宽和较高的频率稳定性，以提高调制带宽测试的分辨率。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子级联激光器调制带宽测试系统，其特征在于，包括探测用量子级联激光器、第一T型偏置器、第二T型偏置器、射频源和频谱分析仪；所述第一T型偏置器的混合端口与待测量子级联激光器相连、AC端口与所述射频源相连、DC端口与电流源相连；所述第二T型偏置器的混合端口与所述探测用量子级联激光器相连，AC端口与所述频谱分析仪相连、DC端口与电流源相连；所述待测量子级联激光器与所述探测用量子级联激光器实现光耦合，使得所述待测量子级联激光器的本征频率与所述探测用量子级联激光器的光频梳频率线混频产生拍频信号；所述射频源用于产生调制信号，并以预设频率为间距调整调制频率，使得所述待测量子级联激光器产生调制边带；所述频谱分析仪用于记录所述调制边带与所述光频梳频率线的拍频信号。2.根据权利要求1所述的量子级联激光器调制带宽测试系统，其特征在于，所述探测用量子级联激光器和所述待测量子级联激光器具有相同的有源区结构。3.根据权利要求1所述的量子级联激光器调制带宽测试系统，其特征在于，所述探测用量子级联激光器和所述待测量子级联激光器的增益区间重叠。4.根据权利要求1所述的量子级联激光器调制带宽测试系统，其特征在于，所述待测量子级联激光器与所述探测用量子级联激光器通过光学回路实现光耦合，所述光学回路包括第一离轴抛物面镜和第二离轴抛物面镜，所述第一离轴抛物面镜用于收集所述待测量子级联激光器的太赫兹光束，并将发散的所述太赫兹光束转换为平行的太赫兹光束传输到所述第二离轴抛物面镜；所述第二离轴抛物面镜用于收集所述平行的太赫兹...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎华，李子平，马旭红，王晨捷，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：