[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

说明书

本发明涉及一种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，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。其中，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发生干涉，耦合至所述太赫兹量子级联激光器谐振腔内，所述太赫兹量子级联激光器作为探测器测得光频梳模式间拍频的干涉信号。本发明不同于传统傅里叶变换光谱法测得的强度干涉谱，本发明测得是模式间拍频信号的干涉谱，对其进行傅里叶变换可得到光频梳的相干光谱，从而能够表征太赫兹量子级联光频梳梳齿之间的频率与相位信息。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件应用技术领域，特别是涉及一种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。

背景技术

光频梳，具有相等的模式间间距和相位差，频谱覆盖范围广，在高精度计量学和高分辨率光谱学等领域享有优势。在实现应用之前，需要对所采用的的光频梳进行表征，现阶段有如下几种方式：1，利用传统的傅里叶变换红外光谱仪测量其光谱，观察模式数量与频率分布；2，测量光频梳的模式间拍频的线宽，强度等，或者测量不同电流下的模式间拍频信号绘制mapping图，以模式间拍频为单一频率的区域为光频梳形成的区域；3，利用两个光频梳拍频得到双光梳，通过射频范围的双光梳谱反映太赫兹范围的光频梳的性质。但是，以上方法皆无法直接获得光频梳梳齿之间的相位信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种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，能够表征太赫兹量子级联光频梳梳齿之间的频率与相位信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供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，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。

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。

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。

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。

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。

所述拍频信号提取器为带通滤波器。

一种采用太赫兹光学自探测表征光频梳相干光谱的方法，采用上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：