[发明专利]采用太赫兹光学自探测表征光频梳相干光谱的装置和方法

权利要求书

1.一种采用太赫兹光学自探测表征光频梳相干光谱的装置，包括太赫兹量子级联激光器、IQ解调器、干涉仪、锁相放大器、拍频信号提取器、第一T型偏置器和第二T型偏置器，其特征在于，所述第一T型偏置器与待测太赫兹量子级联光频梳相连，交流端口与所述IQ解调器的本振端口相连；所述太赫兹量子级联激光器与所述第二T型偏置器相连，所述第二T型偏置器的交流端口通过所述拍频信号提取器与所述IQ解调器的射频端口相连，直流端口与所述锁相放大器的输入端口相连，所述IQ解调器的I端输出口和Q端输出口均与所述锁相放大器相连；所述待测太赫兹量子级联光频梳的出射光经过所述干涉仪后至所述太赫兹量子级联激光器的谐振腔中，所述太赫兹量子级联激光器作为探测器，测得所述待测太赫兹量子级联光频梳的模式间拍频信号以及与所述太赫兹量子级联激光器之间的模式拍频信号，所述拍频信号提取器用于提取所述待测太赫兹量子级联光频梳的模式间拍频信号作为所述IQ解调器的射频端的输入，所述第一T型偏置器直接提取所述待测太赫兹量子级联光频梳的模式间拍频信号作为所述IQ解调器的本振端的输入，所述锁相放大器用于记录所述第二T型偏置器的直流端口的输出信号、所述IQ解调器的I端输出口和Q端输出口的输出信号。

2.根据权利要求1所述的采用太赫兹光学自探测表征光频梳相干光谱的装置，其特征在于，所述第一T型偏置器的交流端口与所述IQ解调器的本振端口之间设置有第一放大器，所述第二T型偏置器的交流端口与所述拍频信号提取器之间设置有第二放大器。

3.根据权利要求1所述的采用太赫兹光学自探测表征光频梳相干光谱的装置，其特征在于，所述待测太赫兹量子级联光频梳的后端面2～5mm位置处放有用于阻抗匹配的第一微带线；所述太赫兹量子级联激光器的后端面2～5mm位置处放有用于阻抗匹配的第二微带线。

4.根据权利要求3所述的采用太赫兹光学自探测表征光频梳相干光谱的装置，其特征在于，所述第一微带线通过金线键合与所述待测太赫兹量子级联光频梳的上电极相连，所述第二微带线通过金线键合与所述太赫兹量子级联激光器的上电极相连。

5.根据权利要求1所述的采用太赫兹光学自探测表征光频梳相干光谱的装置，其特征在于，所述待测太赫兹量子级联光频梳的上电极通过金线键合与陶瓷片相连，所述陶瓷片与第一直流源的正极相连，所述待测太赫兹量子级联光频梳的下电极与所述第一直流源负极相连；所述太赫兹量子级联激光器的上电极通过金线键合与陶瓷片相连，所述陶瓷片与第二直流源的正极相连，所述太赫兹量子级联激光器的下电极与所述第二直流源的负极相连。

6.根据权利要求1所述的采用太赫兹光学自探测表征光频梳相干光谱的装置，其特征在于，所述拍频信号提取器为带通滤波器。

7.一种采用太赫兹光学自探测表征光频梳相干光谱的方法，其特征在于，采用如权利要求1-6中任一所述的采用太赫兹光学自探测表征光频梳相干光谱的装置，包括以下步骤：

(1)第一直流源和第二直流源分别给所述待测太赫兹量子级联光频梳与所述太赫兹量子级联激光器供电，使所述待测太赫兹量子级联光频梳与所述太赫兹量子级联激光器处于正常工作状态；

(2)调整所述干涉仪中的两条干涉臂的长度至相等，所述待测太赫兹量子级联光频梳的出射光经过所述干涉仪后耦合至所述太赫兹量子级联激光器的谐振腔内，所述锁相放大器记录所述第二T型偏置器的直流端口的输出信号、所述IQ解调器的I端输出口和Q端输出口的输出信号；

(3)以固定步长调整所述干涉仪中一条干涉臂的长度，实现对实际延迟的调整，每调整一次所述锁相放大器记录一次所述第二T型偏置器的直流端口的输出信号、所述IQ解调器的I端输出口和Q端输出口的输出信号；

(4)以实际延迟为横轴，所述第二T型偏置器的直流端口的输出信号、所述IQ解调器的I端输出口和Q端输出口的输出信号分别为纵轴，得到I信号干涉谱、Q信号干涉谱和直流信号干涉谱，分别对所述I信号干涉谱、Q信号干涉谱和直流信号干涉谱进行傅里叶变换得到X信号、Y信号和Z信号；其中，Z信号作为发射光谱，X+iY作为包含有相位信息的发射光谱；

(5)通过所述X信号、Y信号和Z信号鉴定所述太赫兹量子级联光频梳是否为光频梳。