太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太赫茲應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類活動(dòng)的日益頻繁，人們對通信速率和通信容量的需求日益增加，人類通信的頻率也逐漸向太赫茲(THz)頻段靠近，THz無線通信技術(shù)被認(rèn)為是下一代通信應(yīng)用的重要發(fā)展方向。偏振調(diào)制是光通信中的常用手段，由于缺乏有效的外調(diào)制器和相應(yīng)的調(diào)制手段，到目前為止，THz頻段的通信技術(shù)均采用直接調(diào)制(內(nèi)調(diào)制)方式，THz頻段的偏振調(diào)制技術(shù)一直未能實(shí)現(xiàn)，尤其是在2-5THZ頻段。
[0003]THz量子級(jí)聯(lián)激光器(THz QCL)是一種半導(dǎo)體二維材料中電子從上能級(jí)躍迀到下能級(jí)而輻射出光的電子器件，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、體積小、可調(diào)制速度快以及使用壽命長等特點(diǎn)，由于器件發(fā)光是基于子帶間的電子躍迀，THz QCL輸出的激光具有很強(qiáng)的線偏振特性。THz量子阱探測器(THz QWP)是與THz QCL頻率非常匹配的一種快速探測器，根據(jù)選擇定貝1J，二維量子阱材料中的電子只對沿生長方向有偏振分量的入射光有吸收，進(jìn)而躍迀到準(zhǔn)連續(xù)態(tài)，形成光生電流。因此，THz QWP通常采用45度斜面入射或者光柵正入射的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，這使得器件對入射激光的偏振具有一定的選擇性，尤其是光柵正入射的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其對入射激光偏振的選擇接近線偏振特性。THz QCL和THz QWP的線偏振特性使得二者成為未來THz頻段偏振調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究中最具潛力的發(fā)射源和探測器。
[0004]以THzQCL為發(fā)射源，THz QWP為探測端，通過調(diào)節(jié)光路中線偏振片的角度，實(shí)現(xiàn)對THz QCL出射激光的偏振調(diào)制，再利用THz QWP對線偏振激光的選擇特性完成對調(diào)制偏振激光的解調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)了對線偏振激光的調(diào)制、傳輸和解調(diào)過程，為實(shí)現(xiàn)基于偏振調(diào)制的THz無線通信技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，該裝置及實(shí)現(xiàn)方法利用具有線偏振激光特性的激光源和探測器從原理上實(shí)現(xiàn)了對線偏振激光的調(diào)制和解調(diào)，為太赫茲頻段的無線通信技術(shù)提供了一種頗具潛力的調(diào)制解調(diào)手段。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置，所述太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置包括:驅(qū)動(dòng)電源、太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器、第一離軸拋物面鏡、線偏振激光調(diào)制器、第二離軸拋物面鏡、太赫茲量子阱探測器、電流放大器及示波器；
[0007]所述太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器與所述驅(qū)動(dòng)電源相連接，適于在所述驅(qū)動(dòng)電源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)下輻射出太赫茲線偏振激光；
[0008]所述第一離軸拋物面鏡位于所述太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器的一側(cè)，適于收集所述太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)出的線偏振激光，并將收集的所述線偏振激光改變成平行的線偏振激光傳輸至所述線偏振激光調(diào)制器；
[0009]所述線偏振激光調(diào)制器適于接收所述第一離軸拋物面鏡反射的平行的線偏振激光，并將接收的所述線偏振激光進(jìn)行調(diào)制；
[0010]所述第二離軸拋物面鏡適于收集所述線偏振激光調(diào)制器調(diào)制后的線偏振激光，并將收集到的調(diào)制后的線偏振激光會(huì)聚于所述太赫茲量子阱探測器的敏感面上；
[0011]所述太赫茲量子阱探測器適于接收所述第二離軸拋物面鏡會(huì)聚的調(diào)制后的線偏振激光，并產(chǎn)生相應(yīng)的光電流信號(hào)；
[0012]所述電流放大器與所述太赫茲量子阱探測器相連接，適于提取所述太赫茲量子阱探測器產(chǎn)生的光電流信號(hào)，并將提取的光電流信號(hào)放大為電壓信號(hào)輸出；
[0013]所述示波器與所述電流放大器相連接，適于接收并顯示所述電流放大器輸出的放大電壓信號(hào)。
[0014]作為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器為端面發(fā)射結(jié)構(gòu)。
[0015]作為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器的激射頻率為2THz?5THz。
[0016]作為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的一種優(yōu)選方案，所述線偏振激光調(diào)制器包括線偏振片、旋轉(zhuǎn)座及驅(qū)動(dòng)器；
[0017]所述線偏振片固定于所述旋轉(zhuǎn)座的表面;所述旋轉(zhuǎn)座與所述驅(qū)動(dòng)器相連接，適于在所述驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述線偏振片旋轉(zhuǎn)，以將接收到的線偏振激光調(diào)制為線偏振強(qiáng)度周期性變化的線偏振激光。
[0018]作為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的一種優(yōu)選方案，所述線偏振片包括基底及位于所述基底表面的衍射光柵。
[0019]作為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的一種優(yōu)選方案，所述基底為聚乙烯基底，所述衍射光柵為金屬線形成的衍射光柵。
[0020]作為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的一種優(yōu)選方案，所述旋轉(zhuǎn)座為圓形旋轉(zhuǎn)盤，在所述驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，所述旋轉(zhuǎn)座的最大轉(zhuǎn)速可達(dá)20轉(zhuǎn)/秒。
[0021]作為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲量子阱探測器的探測頻率范圍為2THz?7THz。
[0022]作為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器輸出激光的偏振方向與所述太赫茲量子講探測器對激光的偏振選擇方向相平行。
[0023]本發(fā)明還提供一種采用如上述任一方案中所述的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置對太赫茲激光進(jìn)行偏振調(diào)制調(diào)解的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述實(shí)現(xiàn)方法包括步驟:
[0024]1)采用所述驅(qū)動(dòng)電源給所述太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器施加電壓，使所述太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器輸出線偏振激光；
[0025]2)輸出的所述線偏振激光經(jīng)過所述第一離軸拋物面鏡反射后改變成平行的線偏振激光，并被傳輸至所述線偏振激光調(diào)制器；
[0026]3)所述線偏振激光調(diào)制器將接收到的線偏振激光調(diào)制成線偏振強(qiáng)度周期性變化的線偏振激光；
[0027]4)線偏振強(qiáng)度周期性變化的線偏振激光經(jīng)過所述第二離軸拋物面鏡后會(huì)聚于所述太赫茲量子阱探測器上；
[0028]5)所述太赫茲量子阱探測器對周期變化的線偏振強(qiáng)度進(jìn)行響應(yīng)后形成相應(yīng)變化的光電流信號(hào)；
[0029]6)所述電流放大器提取所述光電流信號(hào)，將所述光電流信號(hào)放大為相應(yīng)變化的電壓信號(hào)，并將所述電壓信號(hào)傳輸至所述示波器予以顯示和讀取。
[0030]本發(fā)明提供太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置及其實(shí)現(xiàn)方法的有益效果為:本發(fā)明采用太赫茲激光的量子級(jí)聯(lián)激光器作為理想的線偏振激光源，并利用太赫茲量子阱探測器對線偏振激光的選擇特性，整個(gè)裝置無需額外的起偏器和解偏器，裝置的偏振消光比大于1000，使得采用這種偏振調(diào)制裝置的通信系統(tǒng)具有優(yōu)異的信噪比。此外，本發(fā)明裝置利用太赫茲量子阱探測器的快速光響應(yīng)特性，通過以一定的速度快速旋轉(zhuǎn)線偏振片，將偏振方向的周期變化轉(zhuǎn)化為偏振光信號(hào)隨時(shí)間的變化，所用激光探測器具有快速響應(yīng)特性，可充分滿足偏振調(diào)制解調(diào)的速度，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的快速調(diào)制解調(diào)，從而可以為太赫茲頻段提供一種基于偏振調(diào)制解調(diào)的無線通信技術(shù)手段。
【附圖說明】
[0031]圖1顯示為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的結(jié)構(gòu)及光路示意圖。
[0032]圖2顯示為本發(fā)明的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器激光輸出示意圖
[0033]圖3顯示為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置中太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器輸出激光經(jīng)過線偏振片后到達(dá)熱探測器上的激光功率隨線偏振片角度的變化圖。
[0034]圖4顯示為本發(fā)明的線偏振片構(gòu)成示意圖
[0035]圖5顯示為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置中太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器歸一化發(fā)射譜與太赫茲量子阱探測器歸一化光電流譜的對比圖。
[0036]圖6顯示為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置中太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器輸出激光經(jīng)過線偏振片后到達(dá)太赫茲量子阱探測器上的激光功率隨線偏振片角度的變化圖。
[0037]圖7顯示為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的實(shí)現(xiàn)方法的流程示意圖。
[0038]圖8顯示為本發(fā)明的太赫茲激光的偏振調(diào)制調(diào)解裝置的實(shí)現(xiàn)方法中太赫茲量子阱探測器對線偏振片調(diào)制