[发明专利]连续激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，涉及一种连续激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量装置及方法。

背景技术

太赫兹(THz，1THz＝10¹²Hz)波段是指频率介于红外与毫米波之间的一段电磁波区域，人们称之为“THz空隙”。近年来，THz技术及其应用发展迅速，作为THz波段重要辐射源的太赫兹量子级联激光器(Terahertz Quantum Cascade Laser，THz QCLs)得到了广泛而深入的研究，并取得了重要的进展。它具有能量转换效率高、体积小、易集成以及使用寿命长等特点。到目前为止，THz QCLs的最高工作温度为脉冲模式下186K、连续模式下117K；在最优的工作条件下其最高输出功率可达248mW(脉冲模式)和130mW(连续模式)，最低工作频率为1.2THz，在磁场辅助下可达0.68THz。随着上述器件工作性能的快速发展，上述器件的应用也倍受关注。目前THz QCLs已经成功应用于亚毫米波段外差接收的局域振荡源、THz无线通信、THz波实时成像等THz应用技术中。

作为器件应用的重要性能指标，器件输出功率一直是器件表征的重要方面，器件输出功率的大小直接决定了其应用领域和范围。因此，如何精确地测量出器件的有效输出功率是器件应用过程的关键环节。由于脉冲激射型太赫兹量子级联激光器输出激光的重复频率通常为5kHz(对应为0.2毫秒)左右，而普通热探测器(如Golay Cell)的时间常数通常为20毫秒左右，因此采用普通的热探测器来测量脉冲激射型太赫兹量子级联激光器输出激光的功率是难以实现的。目前，国际上对连续激射型太赫兹量子级联激光器输出功率的测量主要采用液氦杜瓦冷却的bolometer探测器和常温Golay Cell探测器，但二者的价格非常昂贵，很难获得普遍应用。另外，bolometer探测器的使用需要一整套液氦传输系统，测量过程耗时较长，使用过程不方便，也不快捷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种连续激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量方法，该测量方法中使用的光路部分和探测部分可以在常温下实现；

此外，本发明还提供一种连续激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种连续激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量装置，包括光源部分、光路部分和探测部分；所述光源部分包括冷头、安装于所述冷头内的热沉、安装于热沉上的太赫兹量子级联激光器、以及聚乙烯窗片；所述聚乙烯窗片安装于所述冷头上使所述太赫兹量子级联激光器发射出的太赫兹光通过聚乙烯窗片射出；所述光路部分包括第一离轴抛物镜和第二离轴抛物镜；所述第一离轴抛物镜收集经所述聚乙烯窗片射出的太赫兹光，并使该太赫兹光反射至第二离轴抛物镜；所述第二离轴抛物镜接收经所述第一离轴抛物镜反射过来的太赫兹光，并使该太赫兹光反射至所述探测部分；所述探测部分包括热探测器和示波器；所述热探测器用以接收第二离轴抛物镜反射过来的太赫兹光，并产生相应的电压信号；所述示波器用以对所述电压信号进行提取和显示，得到所述电压信号的幅度。

作为本发明的一种优选方案，所述热探测器为基于钽酸锂晶体的热释电探测器。

作为本发明的另一种优选方案，所述太赫兹量子级联激光器的激射频率范围为4.02-4.13THz。

作为本发明的再一种优选方案，所述太赫兹量子级联激光器的有源区是通过在半绝缘GaAs衬底上交替生长GaAs/AlGaAs多量子阱的方式形成的。

作为本发明的再一种优选方案，所述太赫兹量子级联激光器的有源区为四阱共振声子结构，其共有178个周期结构，每个周期结构内包含交替生长的四层GaAs和四层Al_0.15Ga_0.85As材料。

作为本发明的再一种优选方案，所述聚乙烯窗片采用高强度聚乙烯材料。

作为本发明的再一种优选方案，所述聚乙烯窗片通过将灌制的高强度聚乙烯圆柱形材料进行切割、研磨和抛光而成。

作为本发明的再一种优选方案，所述第一离轴抛物镜和第二离轴抛物镜均为镀金反射面。

作为本发明的再一种优选方案，所述示波器为数字示波器，包括4个可测量通道；所述示波器的测量带宽为500MHz，采样速率为4Gsa/s，存储深度为8Mpts。

一种连续激射型太赫兹量子级联激光器的功率测量方法，包括以下步骤：