專利名稱：一種太赫茲波信號產生裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于太赫茲波領域，尤其涉及光生太赫茲波信號領域。
背景技術：
太赫茲波(Terahertz Wave,簡稱THz)是指頻率在IOOGHz IOTHz (即波長 3000 30微米)的電磁波，在科研、國民經濟、軍事及國家安全方面均具有極大的理論與實用價值，可廣泛應用在如通信、物理學、材料學、醫學成像、探測成像、雷達、遙感、制導、國土安全與反恐、食品安全與檢測、大氣與環境監測和宇宙天文學等領域。如何產生高質量的太赫茲波一直是本技術領域理論與應用研究的熱點，太赫茲波的產生方式大致可以分為電生或光生兩個途徑。在眾多的光生太赫茲波的方案中，光外差或光混頻的方法最為簡單直接，該方法對應的太赫茲波信號產生裝置主要包括拍頻信號產生單元和光電器件單元，該方法使用波長相近的兩個單模激光器組成的拍頻信號產生單元輸出的兩組光產生拍頻信號，將產生的拍頻信號激勵光電器件如單行載流子光電探測器 (UTC-PD)后可產生太赫茲波。但是由于拍頻信號產生單元使用兩個單模激光器作為兩個獨立光源，其輸出的光波受各自的隨機相位噪聲、頻率偏移以及外部溫度與偏置電流等工作條件影響，很難保證頻差穩定和相位相干，因此產生的拍頻信號質量不高，影響了最終產生的太赫茲波信號質量；同時拍頻信號產生單元結構復雜，很難實用。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有的太赫茲波信號產生裝置信號質量不高的缺點，提出了一種太赫茲波信號產生裝置。本發明的技術方案之一是一種太赫茲波信號產生裝置，包括環形激光器和連接在環形激光器的第一輸入輸出波導一端上的分布式布拉格反射光柵，所述環形激光器包括閉合諧振腔、與閉合諧振腔分別耦合的第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導、位于閉合諧振腔上的閉合諧振腔電極和位于閉合諧振腔與輸入輸出波導耦合處的第一耦合器電極和第二耦合器電極，其特征在于，還包括連接在環形激光器的第二輸入輸出波導一端上并且與分布式布拉格反射光柵位于同一側的可調諧帶通濾波器以及與可調諧帶通濾波器連接的單行載流子光電探測器。本發明的技術方案之二是一種太赫茲波信號產生裝置，包括環形激光器和連接在環形激光器的第一輸入輸出波導一端上的分布式反饋激光器，所述環形激光器包括閉合諧振腔、與閉合諧振腔分別耦合的兩個第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導、位于閉合諧振腔上的閉合諧振腔電極和位于閉合諧振腔與輸入輸出波導耦合處的第一耦合器電極和第二耦合器電極，其特征在于，還包括連接在環形激光器的第二輸入輸出波導一端上并且與分布式反饋激光器位于同一側的可調諧帶阻濾波器、與可調諧帶阻濾波器連接的可調諧帶通濾波器以及與可調諧帶通濾波器連接的單行載流子光電探測器。
本發明的有益效果是本發明將調節分布式布拉格反射光柵或分布式反饋激光器與環形激光器、可調諧帶阻濾波器與可調諧帶通濾波器組合的結構，可以使環形激光器在主模未被抑制時被鎖定，在環形激光器的非線性效應作用下，環形激光器激射方向的主模和其他模式(邊模)作用實現諧振腔增強型四波混頻，從而通過四波混頻實現參與的各模式之間的相位鎖定(即相位差固定)，因此相位鎖定的兩個模式可相干形成高質量的拍頻信號，進而在單行載流子光電探測器處混頻產生高質量的太赫茲信號。
圖1是本發明實施例1的結構原理示意圖。圖2是本發明實施例2的結構原理示意圖。圖3是本發明的環形激光器自由激射模式的光譜示意圖。圖4是本發明的環形激光器在外部注入鎖定第一邊模產生四波混頻的光譜示意圖。圖5是本發明的環形激光器在外部注入鎖定第二邊模產生四波混頻的光譜示意6是本發明的環形激光器在外部注入鎖定第三邊模產生四波混頻的光譜示意圖。附圖標記說明環形激光器1、閉合諧振腔11、第一輸入輸出波導12、第二輸入輸出波導13、第一耦合器電極14、第二耦合器電極15、閉合諧振腔電極16、分布式布拉格反射光柵2、可調諧帶通濾波器3、單行載流子光電探測器4、分布式反饋激光器5、可調諧帶阻濾波器6。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案做詳細的說明。實施例1 如圖1所示，一種太赫茲波信號產生裝置，包括環形激光器1和連接在環形激光器1的第一輸入輸出波導12 —端上的分布式布拉格反射光柵2，所述環形激光器 1包括閉合諧振腔11、與閉合諧振腔11分別耦合的第一輸入輸出波導12和第二輸入輸出波導13、位于閉合諧振腔11上的閉合諧振腔電極16和位于閉合諧振腔11與輸入輸出波導耦合處的第一耦合器電極14和第二耦合器電極15，其特征在于，還包括連接在環形激光器1的第二輸入輸出波導13 —端上并且與分布式布拉格反射光柵2位于同一側的可調諧帶通濾波器3以及與可調諧帶通濾波器3連接的單行載流子光電探測器4。下面結合圖1、圖4、圖5和圖6對實施例1的工作過程做詳細描述。將電流通過閉合諧振腔電極16注入環形激光器1的閉合諧振腔11，使環形激光器 1工作在在閾值電流以上，環形激光器1處于順時針和逆時針雙方向均穩定激射狀態(發光)，閉合諧振腔11內雙方向的模式的光譜圖如圖3所示，圖中主模為λ 0，位于主模λο 兩側分別為第一邊模λ+l和λ-1，第二邊模λ+2和λ-2，第三邊模λ+3和λ-3，第四邊模λ+4和λ-4和第五邊模λ+5和λ-5。環形激光器1的第一輸入輸出波導12的一端與布拉格光柵2連接，布拉格光柵2用于反射環形激光器1的某一特定波長的輸出光，通過改變布拉格光柵2的電流可以調節反射光的波長。通過改變第一耦合器電極14的偏置電流可以調節耦合入閉合諧振腔11內的反射光功率，通過改變第二耦合器電極15的偏置電流可以調節耦合出閉合諧振腔11內的光功率。如圖4所示，調節分布式布拉格反射光柵2的反射波長至環形激光器1的第一邊模λ+l附近，微調第一耦合器電極14的注入電流，改變耦合比，使環形激光器1在主模未被抑制時被鎖定，在環形激光器1的非線性效應作用下，反射光與環形激光器1的主模和其他模式作用實現諧振腔增強型四波混頻，從而通過四波混頻實現參與的各模式之間的相位鎖定(相位鎖定的任意兩個模式可相干形成高質量的拍頻信號)，相位鎖定后的環形激光器1的各個模式經過第二輸入輸出波導13輸出，輸出功率可以通過調節第二耦合器電極15 的偏置電流改變。圖4中的Af表示兩種不同模式λ0和λ+1的波長差所對應的頻率差。還可以通過調節分布式布拉格反射光柵2的反射波長，依次鎖定長波長(主模右側)一側的更高階邊模，如圖5中的第二邊模λ +2和圖6中第三邊模λ +3，利用相同的步驟和方法，可以實現注入鎖定最高階邊模如第五邊模λ+5，進而通過四波混頻實現參與的各模式之間的相位鎖定(相位鎖定的任意兩個模式可相干形成高質量的拍頻信號)，相位鎖定后的環形激光器1的各個模式經過第二輸入輸出波導13輸出，輸出功率可以通過調節第二耦合器電極15的偏置電流改變。環形激光器1的輸出經過可調諧帶通濾波器3后可得到主模λ 0和被注入鎖定的邊模的兩個模式，即圖4、圖5和圖6中的λ0與λ1，λ0與λ2、λ0與λ 3，兩個相位一致的模式拍頻即產生太赫茲波的拍頻信號，拍頻信號頻率由兩種不同模式的頻率差決定。顯然我們調節分布式布拉格反射光柵2的反射波長實現對注入鎖定模式的不同選擇，可以得到頻率可調(Δ ·、2Δ ·、3Δ ·)的拍頻信號。該拍頻信號在單行載流子光電探測器4處混頻產生高質量的太赫茲信號。本實施例中假定注入環形激光器1用于鎖定波長的分布式布拉格反射光柵2的反射波長均在主模右側，本領域的普通技術人員應該意識到注入鎖定也可以在主模左側進行，注入鎖定達到的效果與注入鎖定在主模的左右側位置無關。實施例2 如圖2所示，一種太赫茲波信號產生裝置，包括環形激光器1和連接在環形激光器1的第一輸入輸出波導12 —端上的分布式反饋激光器5，所述環形激光器1包括閉合諧振腔11、與閉合諧振腔11分別耦合的兩個第一輸入輸出波導12和第二輸入輸出波導13、位于閉合諧振腔11上的閉合諧振腔電極16和位于閉合諧振腔11與輸入輸出波導耦合處的第一耦合器電極14和第二耦合器電極15，其特征在于，還包括連接在環形激光器1的第二輸入輸出波導13 —端上并且與分布式反饋激光器5位于同一側的可調諧帶阻濾波器6、與可調諧帶阻濾波器6連接的可調諧帶通濾波器3以及與可調諧帶通濾波器3連接的單行載流子光電探測器4。下面結合圖2、圖4、圖5和圖6對實施例1的工作過程做詳細描述。實施例2的環形激光器1與實施例1中的環形激光器1構成相同，相區別的是利用分布式反饋激光器5代替分布式布拉格反射光柵2。將電流通過閉合諧振腔電極16注入環形激光器1的閉合諧振腔11，使環形激光器1工作在在閾值電流以上，環形激光器1處于順時針和逆時針雙方向均穩定激射狀態(發光)，閉合諧振腔11內雙方向的模式的光譜圖如圖3所示，圖中主模為λ 0，位于主模λ 0兩側分別為第一邊模λ+l和λ-1，第二邊模 λ+2和λ-2，第三邊模λ+3和λ-3，第四邊模λ+4和λ-4和第五邊模λ+5和λ-5。環形激光器1的第一輸入輸出波導12的一端與分布式反饋激光器5連接，分布式反饋激光器 5產生某一特定波長的輸出光，通過改變分布式反饋激光器5的偏置電流可以調節輸出波長。通過改變第一耦合器電極14的偏置電流可以調節耦合入閉合諧振腔11內的分布式反饋激光器5的輸出功率。如圖4所示，調節分分布式反饋激光器5的輸出波長至環形激光器1的第一邊模 λ +1附近，微調第一耦合器電極14的注入電流，改變耦合比，使環形激光器1在主模未被抑制時被鎖定，在環形激光器1的非線性效應作用下，分布式反饋激光器5的輸出光與環形激光器1的主模和其他模式作用實現諧振腔增強型四波混頻，從而通過四波混頻實現參與的各模式之間的相位鎖定(相位鎖定的任意兩個模式可相干形成高質量的拍頻信號)，相位鎖定后的環形激光器1的各個模式經過第二輸入輸出波導13輸出，輸出功率可以通過調節第二耦合器電極15的偏置電流改變。還可以通過調節分布式反饋激光器5的輸出波長，依次鎖定長波長(主模右側) 一側的更高階邊模，如圖5中的第二邊模λ +2和圖6中第三邊模λ +3，利用相同的步驟和方法，可以實現注入鎖定最高階邊模如第五邊模λ+5，進而通過四波混頻實現參與的各模式之間的相位鎖定，相位鎖定的任意兩個模式可相干形成高質量的拍頻信號，經過第二輸入輸出波導13輸出，輸出功率可以通過調節第二耦合器電極15的偏置電流改變。利用可調諧帶阻濾波器6濾除環形激光器1的輸出中的主模信號λ 0，之后在輸出至可調諧帶通濾波器3。當如圖4分布式反饋激光器5注入鎖定環形激光器1第一邊模 λ+1時，通過可調諧帶通濾波器3濾除除λ-l和λ 1之外的其它模式，得到頻差為2 Af的兩個模式；當如圖5分布式反饋激光器5注入鎖定環形激光器1第二邊模λ +2時，通過可調諧帶通濾波器3，濾除除λ-2和λ 2之外的其它模式，得到頻差為4Af的兩個模式；當如圖6分布式反饋激光器5注入鎖定環形激光器1第三邊模λ +3時，通過可調諧帶通濾波器3，濾除除λ-3和λ 3之外的其它模式，得到頻差為6Af的兩個模式，顯然我們利用分布式反饋激光器5的注入波長與可調諧帶通濾波器3、可調諧帶阻濾波器6的不同組合，得到頻率可調0Δ ·、4Δ ·、6Δ ·)的拍頻信號。該拍頻信號在單行載流子光電探測器4處混頻產生高質量的太赫茲信號。本實施例中假定注入環形激光器1中用于鎖定波長的分布式反饋激光器5的激射波長均在主模右側，本領域的普通技術人員應該意識到注入鎖定也可以在主模左側進行， 注入鎖定達到的效果與注入鎖定在主模的左右側位置無關。本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種太赫茲波信號產生裝置，包括環形激光器(1)和連接在環形激光器(1)的第一輸入輸出波導(1 一端上的分布式布拉格反射光柵O)，所述環形激光器(1)包括閉合諧振腔(11)、與閉合諧振腔(11)分別耦合的第一輸入輸出波導(12)和第二輸入輸出波導 (13)、位于閉合諧振腔(11)上的閉合諧振腔電極(16)和位于閉合諧振腔(11)與輸入輸出波導耦合處的第一耦合器電極(14)和第二耦合器電極(15)，其特征在于，還包括連接在環形激光器(1)的第二輸入輸出波導(13) —端上并且與分布式布拉格反射光柵(2)位于同一側的可調諧帶通濾波器(3)以及與可調諧帶通濾波器( 連接的單行載流子光電探測器 ⑷。
2.一種太赫茲波信號產生裝置，包括環形激光器(1)和連接在環形激光器(1)的第一輸入輸出波導(1 一端上的分布式反饋激光器(5)，所述環形激光器(1)包括閉合諧振腔(11)、與閉合諧振腔(11)分別耦合的兩個第一輸入輸出波導(12)和第二輸入輸出波導 (13)、位于閉合諧振腔(11)上的閉合諧振腔電極(16)和位于閉合諧振腔(11)與輸入輸出波導耦合處的第一耦合器電極(14)和第二耦合器電極(15)，其特征在于，還包括連接在環形激光器(1)的第二輸入輸出波導(13) —端上并且與分布式反饋激光器(5)位于同一側的可調諧帶阻濾波器(6)、與可調諧帶阻濾波器(6)連接的可調諧帶通濾波器( 以及與可調諧帶通濾波器C3)連接的單行載流子光電探測器G)。
全文摘要
本發明涉及一種太赫茲波信號產生裝置，包括環形激光器和連接在環形激光器的第一輸入輸出波導一端上的分布式布拉格反射光柵，所述環形激光器包括閉合諧振腔、與閉合諧振腔分別耦合的第一輸入輸出波導和第二輸入輸出波導、位于閉合諧振腔上的閉合諧振腔電極和位于閉合諧振腔與輸入輸出波導耦合處的第一耦合器電極和第二耦合器電極，其特征在于，還包括連接在環形激光器的第二輸入輸出波導一端上并且與分布式布拉格反射光柵位于同一側的可調諧帶通濾波器以及與可調諧帶通濾波器連接的單行載流子光電探測器。本發明的有益效果是相位鎖定的兩個模式可相干形成高質量的拍頻信號，進而在單行載流子光電探測器處混頻產生高質量的太赫茲信號。
文檔編號H01S1/02GK102324683SQ20111027126
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月14日 優先權日2011年9月14日
發明者袁國慧 申請人:電子科技大學