[发明专利]一种太赫兹量子级联激光器双光梳完全锁相系统

说明书

本发明涉及一种太赫兹量子级联激光器双光梳完全锁相系统，包括第一太赫兹量子级联激光器光频梳、第二太赫兹量子级联激光器光频梳、环形器、滤波装置和锁相装置，所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳与第一射频注入装置相连，所述第一射频注入装置用于锁定所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳的重复频率，所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳与第二射频注入装置相连，所述第二射频注入装置用于锁定所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳的重复频率并提取所述双光梳信号；所述双光梳信号依次经过所述环形器、滤波装置和锁相装置，所述锁相装置用于对提取出的梳齿进行锁定。本发明能够大幅提高太赫兹量子级联激光器双光梳的稳定性。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件应用技术领域，特别是涉及一种太赫兹量子级联激光器双光梳完全锁相系统。

背景技术

光频梳是由一系列等间距、相位关系稳定的频梳齿组成。太赫兹量子级联激光器具有高精度、高稳定性和高输出功率的特点，是产生太赫兹光频梳的理想光源，称为太赫兹量子级联激光器光频梳。两个太赫兹量子级联激光器光频梳拍频可产生频率下转换的双光梳，该双光梳称为太赫兹量子级联激光器双光梳，处于微波波段。太赫兹量子级联激光器双光梳在光谱学、成像、通信、测距等方面有着重要的应用。

对于太赫兹双光梳，目前稳频的方法有直接对双光梳梳齿锁相的方法(梳齿锁相法)，也有通过射频注入锁定光频梳重复频率的方法(射频注入法)。对梳齿锁相法而言，该方法只锁定了双光梳一根梳齿的相位，利用双光梳梳齿间的相干性对其他梳齿进行稳频。该种方法对其他相邻梳齿的稳频程度不是很高。对射频注入法而言，是通过射频源对两个光频梳的重复频率进行注入锁定。该种方法只能稳定重复频率，而不能对光频梳载波频率进行锁定。所以，这两种稳频方法都有一定的局限性，属于非完全锁相，限制了太赫兹双光梳技术在精密测量中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种太赫兹量子级联激光器双光梳完全锁相系统，能够大幅提高太赫兹量子级联激光器双光梳的稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太赫兹量子级联激光器双光梳完全锁相系统，包括第一太赫兹量子级联激光器光频梳、第二太赫兹量子级联激光器光频梳、环形器、滤波装置和锁相装置，所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳源发出的梳齿信号耦合进入所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源，并与所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳源的梳齿信号相互作用产生双光梳信号；所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳与第一射频注入装置相连，所述第一射频注入装置用于锁定所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳的重复频率，所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳与第二射频注入装置相连，所述第二射频注入装置用于锁定所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳的重复频率并提取所述双光梳信号；所述双光梳信号依次经过所述环形器、滤波装置和锁相装置；所述环形器用于将所述双光梳信号传入所述带通滤波器，所述滤波装置用于提取所述双光梳信号中的一根梳齿，所述锁相装置用于对提取出的梳齿进行锁定。

所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳和第二太赫兹量子级联激光器光频梳的光谱范围有重叠。

所述第一射频注入装置包括第一T型偏置器和第一射频源，所述第一T型偏置器通过微带线与所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳连接，所述第一射频源的输出端与所述第一T型偏置器连接，所述第一射频源用于提供第一射频注入信号，所述第一射频注入信号的频率处于所述第一太赫兹量子级联激光器光频梳的射频注入锁定带宽范围内。

所述第二射频注入装置包括第二T型偏置器和第二射频源，所述第二T型偏置器通过微带线与所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳连接，所述第二射频源的输出端与所述环形器的一个端口连接，通过所述环形器将所述射频源与所述第二T型偏置器相连，所述第二射频源用于提供第二射频注入信号，所述第二射频注入信号的频率处于所述第二太赫兹量子级联激光器光频梳的射频注入锁定带宽范围内。

所述环形器包括三个端口，三个端口分别与所述第二射频注入装置、所述带通滤波器以及第二射频源相连。