本发明专利技术提供一种太赫兹量子级联激光器输出激光场形的测量装置及方法，该装置包括激光器部分和激光探测部分；激光器部分包括驱动电源、冷头、安装于冷头内的热沉、安装于热沉上的太赫兹量子级联激光器、安装于冷头上的聚乙烯窗片；激光探测部分包括热像仪。本发明专利技术的优点在于采用了制作技术成熟、性能稳定可靠且具有实时显示功能的热像仪作为太赫兹量子级联激光器输出激光光束的探测装置，该装置可实时地测量得到距离激光器出射端面一定距离范围内的激光光束截面的二维分布情况，从而为太赫兹量子级联激光器在成像应用方面的性能测试提供一种很好的技术手段。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太赫兹应用
，特别是涉及一种基于热像仪的太赫兹量子级联激光器输出激光场形的测量装置及测量方法。
技术介绍
太赫兹量子级联激光器(terahertzquantum-cascade laser, THz QCL)是一种紧凑的基于半导体材料的电子器件，具有能量转换效率高、体积小、易集成以及使用寿命长等特点。随着能带工程和材料生长技术的飞速发展，THz QCL自2002年首次被研制成功以来，在器件性能的提高和器件应用拓展方面均有很大发展。到目前为止，有文献报道的THz QCLs的最高工作温度为脉冲模式下186K、连续模式下117K ;在最优的工作条件下其最高输出功率分别可达248mW(脉冲模式)和130mW(连续模式)，最低工作频率为I. 2THz，在磁场辅助下可低达O. 68THz。随着器件性能的快速提高，器件在太赫兹通信、成像等领域的应用也倍受关注。目前THz QCL已经成功应用于太赫兹波段外差接收的局域振荡源、THz无线通信、THz波实时成像等THz应用技术中。众所周知，太赫兹激光器激光光束的品质是影响其实际应用的重要因素。尽管THz QCL的激光光束性能已获得很好的改善，但目前还没有与之频率匹配的光电探测器阵列，只能采用热探测器阵列来表征其激光光束图形。尽管热探测器阵列的峰值响应频率不在THz 波段，且在测量过程中还会受到背景辐射的影响，但用其表征THz QCL的激光光束是目前比较好的一个选择，如果能配上THz波段的带通滤波装置，则可获得更好的表征结果，从而为太赫兹量子级联激光器在成像应用方面的性能测试提供一种很好的技术手段。专利技术内容鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种，该测量装置及测量方法可实时地表征太赫兹量子级联激光器输出激光光束的场形分布，为其在太赫兹成像方面应用性能的测量提供一种很好的技术手段。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种太赫兹量子级联激光器输出激光场形的测量装置，所述测量装置至少包括激光器部分和激光探测部分，其中所述激光器部分包括用以提供电信号的驱动电源，用以提供低温环境的冷头，装设于所述冷头内用以导热的热沉，安装于所述热沉上并在所述驱动电源输出的电信号驱动下辐射出太赫兹光的太赫兹量子级联激光器，以及装设在所述冷头上并位于所述太赫兹光的射出路径上的聚乙烯窗片；以及所述激光探测部分包括具有探测模块的热像仪，用以实时接收经所述聚乙烯窗片射出的太赫兹光，并将接收到的太赫兹光束的场形分布情况实时显示，所述探测模块为基于微型热探测器单元的焦平面阵列，且所述探测模块的焦平面阵列竖直放置于距所述太赫兹量子级联激光器激光出射端面预设的距离范围内。在本专利技术的测量装置中，所述热像仪探测模块的焦平面阵列的二维像数为320 X 240，像元材料为氧化钒，探测频率范围覆盖3 50THz，探测器的热灵敏度为50mK，探测模块的成像帧率为8. 5Hz。在本专利技术的测量装置中，所述太赫兹量子级联激光器的激射频率范围覆盖I. 2 5.OTHz。在本专利技术的测量装置中，所述太赫兹量子级联激光器的有源区是通过在半绝缘 GaAs衬底上交替生长GaAs层和AlGaAs层的方式形成的。在本专利技术的测量装置中，所述太赫兹量子级联激光器的有源区为四阱共振声子结构，所述四阱共振声子结构包括179个周期结构，每个周期结构包含交替生长的GaAs层和 Al0.15Ga0.85As层各4层。于一优选的实施例中，所述太赫兹量子级联激光器的激射频率范围为 4. 76 4· 78THz。在本专利技术的测量装置中，所述聚乙烯窗片采用高强度聚乙烯材料；所述聚乙烯窗片通过将灌制的高强度聚乙烯圆柱形材料进行切割、研磨和抛光而制成。所述驱动电源为可编程电压源或电流源。所述冷头为一闭循环机械制冷系统的低温输出部分。本专利技术还提供一种应用测量装置的方法，其特征在于所述方法至少包括以下步骤步骤一，根据对太赫兹量子级联激光器出射激光光束发散特性的分析结果，将热像仪探测模块的焦平面阵列竖直放置于距所述太赫兹量子级联激光器激光出射端面预设的距离范围内；步骤二，采用驱动电源给所述太赫兹量子级联激光器施加周期变化的电压或电流， 使所述太赫兹量子级联激光器辐射出具有同样周期变化的太赫兹光，所述周期变化的太赫兹光经过聚乙烯窗片后到达所述热像仪探测模块的焦平面阵列上；以及步骤三，所述热像仪探测模块的焦平面阵列对周期变化的太赫兹光进行响应，产生相应的电信号，使周期变化的太赫兹光在焦平面上的强度分布实时地显示在所述热像仪的显示屏幕中，通过分析该显示屏幕中显示的图像所对应的数据得到所述太赫兹量子级联激光器在距其出射端面预设距离处激光场形的二维分布结果，以完成了对所述太赫兹量子级联激光器输出激光场形的测量。如上所述，本专利技术的，具有以下有益效果(I)本专利技术利用商业化的阵列探测技术来表征太赫兹量子级联激光器输出激光的场形分布，可有效提高探测结果的准确性和可靠性。(2)本专利技术装置可实时地表征太赫兹量子级联激光器输出激光的场形分布，测量手段快速而直观，使激光器在太赫兹成像领域的应用优势得以提高。(3)本专利技术采用了在太赫兹频段有很好透射特性的光学附件，可以使测量结果尽可能地反映激光器输出激光的真实情况。附图说明图I显示为本专利技术的太赫兹量子级联激光器输出激光场形的测量装置示意图。图2显示为本专利技术中为厚度为5. Omm的聚乙烯窗片在2. 0-7. OTHz频段的透射光谱示意图。图3为本专利技术中热像仪测量得到的太赫兹量子级联激光器输出激光的二维分布图像，其中黑色线所示区域为激光光束截面的整体轮廓。元件标号说明I激光器部分11驱动电源12冷头13热沉14太赫兹量子级联激光器15聚乙烯窗片2激光探测部分211探测模块212焦平面阵列213显示屏幕具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图I至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一请参阅图1，显示为本专利技术的太赫兹量子级联激光器输出激光场形的测量装置示意图，如图所示，本专利技术提供一种太赫兹量子级联激光器输出激光场形的测量装置，至少包括激光器部分I和激光探测部分2。其中，所述激光器部分I包括驱动电源11，冷头12，热沉13，太赫兹量子级联激光器14，以及聚乙烯窗片15。所述激光探测部分2包括热像仪21。所述驱动电源11用以提供电信号，在本实施例中，所述驱动电源11为可编程直流稳压电源，可输出电压或电流，电压/电流信号输出范围为0 6A (对应电压为O 30V)， O 3. 3A(对应电压为O 60V);输出电压上升沿彡100ms，输出电压下降沿彡IOOms ;定电压操作下，负载调节率彡0.01% +2mV ;定电流操作下，负载调节率彡0.01% +250 μ A。所述冷头1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谭智勇，曹俊诚，郭旭光，陈镇，
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：
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