[发明专利]一种片上集成宽光谱频域太赫兹系统

说明书

本发明提供了一种片上集成宽光谱频域太赫兹系统，包括：集成在同一半导体材料基底上的双波长可调谐激光器、处理模块、铌酸锂调制器、直线型光波导、发射电极和接收电极；双波长可调谐激光器发射的激光依次经过处理模块、铌酸锂调制器和直线型光波导后分别照射在发射天线与接收天线上；通过调谐双波长可调谐激光器的波长代替延迟线产生的光程差，得到太赫兹波电场的时域信号，实现太赫兹波的相干探测。

技术领域

本发明属于太赫兹波辐射领域，具体涉及一种片上集成宽光谱频域太赫兹系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

太赫兹波位于红外波和微波之间，与其他波段相比太赫兹波具有很强的穿透性、高安全性以及高光谱分辨能力，在安全检查、生物传感、医学诊断、半导体器件检测、质量控制等领域具有很大的应用前景。目前最常用的是太赫兹时域光谱仪器，由于使用飞秒光纤激光器作为泵浦源与探测源，这就导致太赫兹时域光谱仪体积大、成本高、分辨率低。相对时域太赫兹系统，基于光子混频的连续太赫兹系统能够有效地降低系统的复杂度及成本。

另一方面在太赫兹探测技术上，又分为热效应探测器和电场效应探测器，热释电探测器比如高莱探测器普遍尺寸大、响应速度慢，不适合快速探测以及集成化；太赫兹电场效应有电光取样探测、光电导天线探测、外差探测，在频域太赫兹探测中多采用光电导天线探测。发射天线与接收天线为独立的存在，均有单独的光学准直系统，不利于小型化集成。

基于光子混频的连续太赫兹系统中，光电导天线的输出信号与探测天线处太赫兹波和激光光学拍的相位差有关。探测到太赫兹幅值大小与相位差有关，基于光子混频的太赫兹系统需要增加相位调制装置；比如光纤延迟器，可以通过改变光程差的大小来实现对太赫兹的相干探测，这种方式大大增加了探测的时间成本和装置的体积大小，不利于低成本、小型化的发展。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种片上集成宽光谱频域太赫兹系统，通过将多个光学器件集成于同一基底的结构，采用片上集成的光学传输排列方式，将发射天线与接收天线集成于同一衬底，结合可调谐半导体激光器波长调节功能，大大减小了太赫兹系统的体积，实现太赫兹宽光谱快速扫面技术。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种片上集成宽光谱频域太赫兹系统，包括：

集成在同一半导体材料基底上的双波长可调谐激光器、处理模块、铌酸锂调制器、直线型光波导、发射电极和接收电极；

双波长可调谐激光器发射的激光依次经过处理模块、铌酸锂调制器和直线型光波导后分别照射在发射天线与接收天线上；

通过调谐双波长可调谐激光器的波长代替延迟线产生的光程差，得到太赫兹波电场的时域信号，实现太赫兹波的相干探测。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出的片上集成宽光谱频域太赫兹系统，采用多个光学器件集成于同一基底；相比于传统太赫兹频域光谱辐射源，系统体积大大减小、成本大幅度降低，随着硅基集成技术的日趋成熟，太赫兹频域辐射源朝着小型化、低成本方向发展，太赫兹频域辐射源将被广泛应用。

本发明提出了一种双波长可调谐半导体激光器，将DFB定频激光器与可调谐激光器一起集成在芯片上，通过MMI或MEMS方式将产生的激光进行耦合。

本发明提出了基于一种片上集成宽光谱频域太赫兹系统，将双波长可调谐单频半导体激光器、耦合器、1×2MZI结构的调制器、铌酸锂光波导、太赫兹发射与接收天线均集成在同一基底中，大大减小了太赫兹系统的体积，增加了太赫兹系统的稳定性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。