[發明專利]一種太赫茲量子級聯激光器雙光梳穩頻系統

有效

• 申請號: 202011560799.1
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112670824B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 黎華;趙逸然;李子平;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: H01S5/068
• 分類號: H01S5/068;H01S5/34
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 錢文斌;黃志達

本發明涉及一種太赫茲量子級聯激光器雙光梳穩頻系統，包括第一太赫茲量子級聯激光器光頻梳源、第二太赫茲量子級聯激光器光頻梳源、提取模塊和鎖相環，所述第一太赫茲量子級聯激光器光頻梳源發出的梳齒信號耦合進入所述第二太赫茲量子級聯激光器光頻梳源，并與所述第二太赫茲量子級聯激光器光頻梳源的梳齒信號相互作用產生雙光梳信號；所述提取模塊用于提取所述雙光梳信號中的一根梳齒作為待鎖相梳齒；所述鎖相環用于對所述待鎖相梳齒進行相位鎖定。本發明實現高頻率穩定性的THz QCL雙光梳多外差光譜探測。

技術領域

本發明涉及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雙光梳穩頻系統。

背景技術

太赫茲是一種定義在100GHz～10THz之間的特殊電磁波，該波段內涵蓋多數氣體、生物分子等指紋峰。高分辨率太赫茲光譜測試對生物醫療監測、痕量氣體追蹤等領域具有重要意義。光頻梳是一種具有超高頻率穩定性和超低相位噪聲的寬帶相干光源，以光頻梳作為光源將極大提高光譜檢測的頻率分辨率。太赫茲量子級聯激光器(Terahertz quantumcascade laser，THz QCL)是1～5THz內最高效的THz輻射源，THz QCL光頻梳是進行高分辨太赫茲光譜測試的理想選擇。雙光梳是由光頻梳發展而來的多外差光譜探測技術，該技術最大的優勢是可以擺脫傳統THz光譜儀中移動結構的限制，保證最小設備體積的同時具有更高的輸出功率和頻率分辨率。

實現THz QCL雙光梳多外差光譜探測應用之前，有兩個問題亟需解決：提高頻率穩定性和雙光梳光譜探測。鎖相是提高頻率穩定性常用的方法，但在THz波段，由于缺乏高穩定THz源作為參考本振和合適的光學濾波器，難以直接實現THz QCL鎖相。目前雙光梳光譜探測多采用高速肖特基混頻器或超低溫工作的超導熱電子探測器，不可避免的引入準直光路，同時也存在雙光梳光譜系統信噪比受高速THz探測器性能制約的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種太赫茲量子級聯激光器雙光梳穩頻系統，實現高頻率穩定性的THz QCL雙光梳多外差光譜探測。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種太赫茲量子級聯激光器雙光梳穩頻系統，包括第一太赫茲量子級聯激光器光頻梳源、第二太赫茲量子級聯激光器光頻梳源、提取模塊和鎖相環，所述第一太赫茲量子級聯激光器光頻梳源發出的梳齒信號耦合進入所述第二太赫茲量子級聯激光器光頻梳源，并與所述第二太赫茲量子級聯激光器光頻梳源的梳齒信號相互作用產生雙光梳信號；所述提取模塊用于提取所述雙光梳信號中的一根梳齒作為待鎖相梳齒；所述鎖相環用于對所述待鎖相梳齒進行相位鎖定。

所述第一太赫茲量子級聯激光器光頻梳源和第二太赫茲量子級聯激光器光頻梳源的激射光譜有重疊部分。

所述提取模塊包括T型偏置器和可調諧帶通濾波器，所述T型偏置器用于提取所述雙光梳信號的電學高頻信號，所述可調諧帶通濾波器用于提取從雙光梳信號的電學高頻信號中濾出一根梳齒；所述T型偏置器的直流偏置端口與第二電流源連接，混合端口與所述第二太赫茲量子級聯激光器光頻梳源電連接，射頻端口與所述可調諧帶通濾波器的輸入端連接；所述可調諧帶通濾波器的輸出端與所述鎖相環相連；所述鎖相環的輸出端與所述第二電流源相連。

所述T型偏置器的工作帶寬覆蓋所述雙光梳信號。

所述T型偏置器和可調諧帶通濾波器之間還設置有微波混頻器，所述微波混頻器還與射頻源相連，用于通過所述射頻源提供的本振射頻信號將GHz量級的雙光梳信號下轉換為MHz量級。

所述可調諧帶通濾波器的帶寬小于2倍雙光梳信號的重復頻率。

所述T型偏置器的混合端口通過微帶線與所述第二太赫茲量子級聯激光器光頻梳源電連接。

所述鎖相環還分別與第二電流源和射頻源相連，所述鎖相環通過對比所述射頻源的頻率與所述提取模塊提取的待鎖相梳齒的頻率產生反饋信號，并將所述反饋信號作用于所述第二電流源。