[发明专利]一种太赫兹发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹发生器，特别涉及一种基于光子混频以及带太赫兹辐射天线的光电转换器的太赫兹发生器。

背景技术

太赫兹(terahertz,THz)波介于毫米波与红外光两者之间，对应的波长从3mm到30μm，通常是指频率从100GHz到10THz的宽频谱电磁波。近年来，由于THz波在材料科学、物理学、生命科学、信息技术、天文学和国防安全等多个领域所展示的广阔的应用前景，THz科学与技术研究获得了飞速的发展，而THz源是THz发展的一个主要限制因素。

根据工作原理可以将太赫兹波产生技术划分为三类：首先，太赫兹辐射可以由激光器产生，量子级联激光器、P型锗激光器和远红外气体激光器等都可以辐射太赫兹波。其次，太赫兹辐射可以在非线性介质中产生，光整流、差频和倍频都属于这一类方法。其中光整流方法可以实现脉冲太赫兹辐射，差频和倍频方法可以实现太赫兹辐射。最后，太赫兹辐射可以由加速电子产生,利用真空中的自由电子如电子加速器可以实现宽带太赫兹辐射，返波管和自由电子激光器则可以实现太赫兹辐射。利用半导体中的光电流如光电导发射天线可以分别实现脉冲和太赫兹辐射。

在上述众多方法中，基于光子混频，在光电导发射天线中实现太赫兹辐射的方法具有线宽窄、可调谐范围宽、结构简单、室温工作及价格低等优点。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种太赫兹发生器，采用全光纤化，体积小，利于集成，频谱范围宽，频率稳定性高。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种太赫兹发生器，包括激光器、两个光纤耦合器、光开关、移频环和带太赫兹辐射天线的光电转换器；激光器输出的光经一个光纤耦合器分为第一路和第二路，第一路输入光开关产生光脉冲，输入移频环后产生一系列在时间上等间隔且在频率上等间隔增加的光脉冲，这些光脉冲通过另一个光纤耦合器与第二路光在带太赫兹辐射天线的光电转换器上混频，辐射出一系列时间上等间隔且在频率上等间隔增加的太赫兹脉冲。

一种太赫兹发生器，包括激光器、两个光纤耦合器、光开关、两个移频环和带太赫兹辐射天线的光电转换器；激光器输出的光经光开关产生光脉冲，再经一个光纤耦合器分为第一路和第二路，第一路光脉冲通过一个移频环后产生一系列在时间上等间隔且在频率上等间隔增加的光脉冲，第二路光脉冲输入另一个移频环后产生一系列在时间上等间隔且在频率上等间隔减小的光脉冲，第二路光脉冲通过另一个光纤耦合器与第一路光脉冲在带太赫兹辐射天线的光电转换器上混频，辐射出一系列时间上等间隔且在频率上等间隔增加的太赫兹脉冲。

所述第一路和第二路光脉冲光程相等或者两路光脉冲在时间上相干。

所述激光器为工作波长在300～2100nm的连续激光器。

所述光开关为机械式、微电子机械系统式、半导体、液晶光开关的一种或者电光、声光、磁光、热光开关的一种。

所述带太赫兹辐射天线的光电转换器为带太赫兹辐射天线的基于外光电效应的光电管单元、带太赫兹辐射天线的基于内光电效应的光电二极管单元或者带太赫兹辐射天线的基于光变电阻效益的光电导单元。

所述移频环主要由连接顺序任意的光纤耦合器、光学延迟线、光放大器、移频器、滤波器和光隔离器组成，在所述第一路光或者第二路光中级联移频环以增加或减小辐射太赫兹的带宽。

所述光放大器为半导体、掺铒光纤或者拉曼光纤放大器。

所述移频器为电光或者声光移频器。

所述的滤波器为干涉型、光纤光栅型、F-P腔型带通滤波器或光纤光栅型、F-P腔型或者声光可调谐滤波器。

本发明与现有太赫兹光源相比具有以下优势：

1、全光纤化

在整个装置中，器件之间都是通过光纤连接，便于集成。

2、体积小、便携、稳定

整个装置结构简单，所用器件成熟、性能稳定、体积小。经组装后，整个装置体积小,重量轻。

3、频谱范围宽

如：移频器的移频量为200MHz，使用可调谐滤波器，滤波器的调谐范围为40nm，在移频环内循环20000次，那么辐射的太赫兹带宽为4THz。

4、频率稳定性高

本发明中移频器的移频量非常稳定，可以控制在MHz或者更小的KHz量级。那么本发明技术方案辐射的THz频率稳定度也在MHz或者更小的KHz量级。

5、价格低廉

如：激光器使用一台分布反馈式1550nm的半导体激光器，由于使用通讯波段激光器，其它器件都非常成熟。