[发明专利]量子级联激光器全光相位调制系统

说明书

技术领域

本发明属于红外激光光谱技术、自由空间红外光通讯技术领域，特别是涉及一种基于红外量子级联激光器的全光相位调制系统，该系统能实现高速、高调制系数的红外量子级联激光器相位调制，可应用于高灵敏度红外激光光谱技术和自由空间高速调频红外光通讯。

背景技术

现有技术中，尚无法实现量子级联激光器高速纯相位调制。目前的相位调制，通常是采用施加正弦电流来改变量子级联激光器谐振腔温度或载流子（电子）浓度，进而改变量子级联激光器谐振腔有效腔长，从而实现的激光输出的相位调制。然而，由于量子级联激光器自身寄生电容的影响，大大限制了调制的速度，因此采用电流调制，难以实现高速的相位调制。

采用全光调制的方法对量子级联激光器进行快速的波长调制虽然已有报道，然而，所报道的调制方法，由于调制光束在量子级联激光器中穿透深度的限制，无法实现较大的相位调制系数。并且该方法在产生相位调制的同时，无法避免对量子级联激光器输出光强的改变，因此难以实现单纯的相位调制。这些使得在红外光谱范围内，难以获得一种高速、高调制系数的纯相位调制技术，大大限制了红外激光光谱技术和自由空间红外光通讯技术的发展。

技术背景参考文献：

[1]   F. Capasso, D. L. Sivco, C. Sirtori, A. L. Hutchinson, and A.Y. Cho. Quantum Cascade Laser (量子级联激光器), Science（自然杂志）, 1994, 264: 553~556.

[2]   G. Chen, R. Martini, Seong-wook Park, Clyde G. Bethea, I.-Chun A. Chen, P. D. Grant, R. Dudek, and H. C. Liu. Optically induced fast wavelength modulation in a quantum cascade laser (光致量子级联激光器快速波长调制), Appl Phys Lett（应用物理快报）, 2010, 97: 011102。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供的一种高速、高调制系数的红外激光相位调制系统，可应用于高灵敏度红外激光光谱技术和自由空间高速调频红外光通讯。

本发明通过以下技术方案来加以实现：

一种量子级联激光器全光相位调制系统，其包括量子级联激光器和外调制光源；其特征在于：

所述量子级联激光器是一全光相位调制量子级联激光器，其结构分为三部分：量子级联激光器工作区、量子级联激光器全光相位调制区和量子级联激光器全光相位调制光窗口。上述三部分结构是以一个完整的量子级联激光器基本结构为基础，经以下改进而形成：在沿激光器谐振腔方向，将一个完整的量子级联激光器基本结构分为紧邻的前后两段，后一段在上下表面（与常规的量子级联激光器一样）制作有一对电极，施加偏置电流后可使该段量子级联激光器工作在阈值以上，该段即为所述量子级联激光器工作区；前一段无电极，用于实现全光相位调制，为量子级联激光器全光相位调制区；在量子级联激光器全光相位调制区激光器谐振腔的侧壁经过切割后形成一透射光窗口，作为量子级联激光器全光相位调制光窗口。

所述外调制光源按光的走向依次包括：激光器电源及控制单元、全光调制激光器、光纤耦合器和光纤，其中激光器电源及控制单元对全光调制激光器输出光强进行调制形成调制光，所述光纤的出射端直接对准量子级联激光器全光相位调制光窗口。

在量子级联激光器工作区施加直流偏置电流，使激光器工作在阈值以上，输出功率稳衡的红外激光；激光器电源及控制单元对全光调制激光器输出光强进行调制，形成调制光；调制光经过光纤耦合器进入光纤；由光纤的出射端直接将调制光输进量子级联激光器全光相位调制光窗口，进入到量子级联激光器全光相位调制区，对其包含的激光器谐振腔部分的红外激光折射率进行调制，实现对量子级联激光器输出红外激光的相位调制。