[實用新型]基于波導結構的內調制太赫茲源

有效

• 申請號: 201521070696.1
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN205212162U
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 徐德剛;嚴德賢;王與燁;鐘凱;石嘉;劉鵬翔;姚建銓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02;G02F1/035
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉玥

技術領域

本實用新型涉及太赫茲輻射源領域，更具體的說，是涉及一種基于波導結構 的內調制太赫茲源。

背景技術

太赫茲波段是指頻率為0.1-10THz，介于微波和紅外波之間的電磁波譜范圍， 具有攜帶信息容量大(相對于微波)、高時空相干性、低光子能量等特性，因此 太赫茲波在無線通信、成像、雷達以及國防安全等領域呈現出非常廣闊的應用前 景。高性能太赫茲輻射源及其有效調制是實現太赫茲技術眾多應用的基礎，比如 在通信、雷達等信號處理和材料控制上需要進行太赫茲波的調制等。目前，隨著 太赫茲科學技術的進步，以太赫茲輻射源和太赫茲功能器件(如調制器件)為代 表的太赫茲關鍵技術及其應用得到了長足的發展，同時也遇到了發展的瓶頸，如 太赫茲波的調制手段相對復雜、單一，太赫茲輻射源與功能器件不能實現有效集 成，這些瓶頸極大的限制了太赫茲技術在無線通信、太赫茲成像以及雷達領域的 應用。

基于電子學方法的返波管和固態電子學等輻射源，利用電調制的方式實現了 225GHz的太赫茲雷達和300GHz的太赫茲通訊，由于受到電子學方法的限制， 其工作頻率一般在1THz以下，受到帶寬的限制不能實現大容量的信息傳輸。基 于半導體量子阱技術的量子級聯激光器能夠實現小型化的連續太赫茲輸出，利用 泵浦電流的調制實現了4.1THz和2.9THz的數字通訊，該種輻射源可以和調制器 有效地集成在一起，真正的實現了集成化小型化的太赫茲應用，但由于量子級聯 激光器需要工作在低溫下，這又增加了系統的復雜性。基于非線性光學方法的太 赫茲源，就低成本、結構簡單、室溫運轉等優點，在太赫茲應用甚廣，由于轉換 效率低以及太赫茲波段非線性材料的缺乏，光學太赫茲輻射源的輸出功率低，太 赫茲調制方法大多局限在太赫茲輻射源的外腔調制方式，如基于液晶和VO₂的 微結構相變材料，利用電、磁和光影響材料的特性來實現太赫茲波調制，這些調 制方式一方面系統復雜，另一方面調制效率低，同時給光學太赫茲波應用系統的 小型化和集成化帶來困難。對于室溫運轉光學太赫茲輻射源在太赫茲通訊、成像 和雷達應用具有很大的優勢，當前需要解決的問題是如何獲得高性能光學太赫茲 產生以及實現集成化的有效調制。

實用新型內容

針對當前太赫茲波在無線通信、成像、雷達以及國防安全等領域對可調制連 續太赫茲輻射源的應用需求，本實用新型專利的目的在于提供一種基于波導結構 Cherenkov相位匹配的內調制太赫茲輻射源，本實用新型突破高效光波導太赫茲 波的高效頻率轉換以及太赫茲波導耦合調制的關鍵技術，最終實現高效率、結構 簡單緊湊的集成化光學可調制太赫茲輻射，促進太赫茲在無線通信、成像以及雷 達等領域的應用。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

基于波導結構的內調制太赫茲源，包括依次設置的泵浦源、激光合束器、耦 合器和波導結構，所述泵浦源由輸出波長分別為1.9um和1.9-2um的兩個獨立的 光纖激光器構成，所述波導結構由從上到下依次設置的有機電光材料包層、鈮酸 鋰芯層和石英襯底層通過光膠緊密貼合構成，所述有機電光材料包層內設置有控 制電路，有機電光材料包層的外側設置有楔形結構；所述光纖激光器輸出的激光 通過激光合束器合束后形成有雙波長激光，雙波長激光通過耦合器耦合后進入波 導結構的鈮酸鋰芯層，雙波長激光在波導結構中差頻產生太赫茲波并從楔形結構 輸出。

所述光纖激光器采用摻銩鍺酸鹽作為增益介質，并利用Bragg光柵選模實現 波長調諧，再通過功率放大后實現50-100W的輸出功率。

所述耦合器由光纖輸出聚焦鏡構成，所述光纖輸出聚焦鏡對1.8-2.3um波長 泵浦光的透過率>95％，工作距離為30mm，數值孔徑為0.22。

所述楔形結構與鈮酸鋰芯層的夾角為35°-45°。

與現有技術相比，本實用新型的技術方案所帶來的有益效果是：

1.泵浦源使用高功率的單頻光纖激光器，充分利用其高光束質量和窄線寬 的優點，可以實現泵浦光向波導結構中鈮酸鋰芯層的高效耦合，獲得很高的有效 泵浦強度，提高差頻轉換效率，并保證太赫茲源的窄線寬。