[發明專利]太赫茲量子級聯激光器系統、氣體鑒定系統及方法

在審

• 申請號: 201610971330.4
• 申請日: 2016-11-03
• 公開（公告）號: CN108023272A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 黎華;萬文堅;曹俊誠
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01S5/06
• 分類號: H01S5/06;H01S5/10;G01N21/3586;G01N21/3504
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一太赫茲量子級聯激光器系統，包括直流源；與其連接的T型偏置器，用于將偏置信號提供給所述激光器，及耦合所述激光器的拍頻信號并將該信號引出到環形器；或將偏置信號與射頻信號疊加輸入所述激光器；與T型偏置器一端連接的環形器，用于隔離射頻、拍頻信號；與環形器一端連接的頻率檢測裝置，用于檢測拍頻信號頻率；與環形器另一端連接的射頻源，用于提供與拍頻信號頻率相等的射頻信號；及與T型偏置器另一端連接的所述激光器，用于產生拍頻信號及寬光譜的太赫茲波。通過本發明的太赫茲量子級聯激光器系統、氣體鑒定系統及方法，解決了現有技術中太赫茲量子級聯激光器的光譜范圍較窄，無法快速準確地檢測出被測氣體樣品特征譜的問題。

技術領域

本發明屬于半導體光電器件應用技術領域，特別是涉及一種太赫茲量子級聯激光器系統、氣體鑒定系統及方法。

背景技術

太赫茲(THz)波是指頻率從100GHz到10THz，相應波長從3mm到3um范圍內，介于毫米波與紅外光之間的電磁波；從物理學看，THz波處于電子學向光子學的過渡區；從頻域上看，THz波覆蓋半導體以及等離子體的各特征能量、有機和生物大分子等的轉動和振動能量、約50％的宇宙空間光子能量等；從應用角度看，THz波的頻帶寬、測量信噪比高、適合于信息領域的高空間和時間分辨率成像與信號處理、大容量與高保密的數據傳輸、射電天文探測、大氣與環境監測、實時與安全的生物與醫學診斷等等；因此，THz波在國民經濟及國家安全等方面有重大的應用價值。

THz輻射源是THz頻段應用的關鍵器件，在眾多THz輻射產生方式中，基于半導體的全固態THz量子級聯激光器(THz QCL)，是一種只有電子參與的單極激光器，電子通過子帶間躍遷輻射太赫茲波。作為一種重要的太赫茲波輻射源，THz QCL由于其能量轉換效率高、體積小、輕便和易集成等優點，成為本領域的研究熱點。

由于許多分子和固體在太赫茲波段具有很強的特征譜，故太赫茲波可用于毒性氣體等?；返臋z測以及材料的表征。為了能夠快速準確地識別被檢測樣品的特征譜，需要太赫茲輻射源具有較寬的光譜范圍以及較高的光譜分辨率，因此，如何提高太赫茲輻射源的光譜范圍及分辨率是目前亟待解決的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種太赫茲量子級聯激光器系統、氣體鑒定系統及方法，用于解決現有技術中太赫茲量子級聯激光器的光譜范圍較窄，無法快速準確地檢測出被測氣體樣品特征譜的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種太赫茲量子級聯激光器系統，所述太赫茲量子級聯激光器系統包括：

直流源，用于向所述太赫茲量子級聯激光器系統供電；

與所述直流源連接的T型偏置器，當射頻源關閉時，用于將直流源提供的信號進行偏置，并將偏置信號提供給太赫茲量子級聯激光器，以及耦合太赫茲量子級聯激光器的拍頻信號并將該拍頻信號引出到環形器；當射頻源開啟時，用于將直流源提供的信號進行偏置，并將偏置信號與射頻信號疊加后輸入到太赫茲量子級聯激光器；

與所述T型偏置器一端連接的環形器，用于隔離射頻信號和拍頻信號；

與所述環形器一端連接的頻率檢測裝置，用于檢測拍頻信號的頻率；

與所述環形器另一端連接的射頻源，用于提供與所述拍頻信號頻率相等的射頻信號；以及

與所述T型偏置器另一端連接的太赫茲量子級聯激光器，當射頻源關閉時，用于發生多縱模激射并產生拍頻信號；當射頻源開啟時，用于產生寬光譜的太赫茲波。

優選地，所述環形器與頻率檢測裝置之間還連接有放大器，其中，所述放大器為低噪聲放大器。

優選地，所述太赫茲量子級聯激光器采用長腔結構。

優選地，所述太赫茲量子級聯激光器的有源區為GaAs/AlGaAs多量子阱材料。