本發(fā)明屬于光學(xué)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

太赫茲(terahertz,thz)波在電磁波譜中位于毫米波和遠紅外射線之間，在公共安全，通信傳輸，生物醫(yī)學(xué)，產(chǎn)品質(zhì)量控制和大氣環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力和價值。在眾多的thz研究方向中，thz光源被視為最為重要的技術(shù)基礎(chǔ)。一個性能穩(wěn)定的thz光源，將會大幅提高相關(guān)thz應(yīng)用技術(shù)及系統(tǒng)的實際效果，如thz成像分辨率，thz通信帶寬及光譜識別效率等均與thz光源品質(zhì)息息相關(guān)。在眾多的thz光源中，thzqcl以其高輸出功率，高頻譜質(zhì)量和體積小易集成的特點在thz領(lǐng)域里被廣泛研究。目前，thzqcl的頻譜覆蓋范圍已經(jīng)實現(xiàn)了1.2～5.2thz頻段的覆蓋，最高工作溫度已經(jīng)達到200k,連續(xù)波輸出功率超過100mw，脈沖輸出峰值功率超過1w，等等，同時通過引入調(diào)諧技術(shù)，thzqcl已經(jīng)實現(xiàn)的300ghz的頻譜帶寬輸出，使其在高精度光譜領(lǐng)域的應(yīng)用成為了現(xiàn)實。

然而，thzqcl的穩(wěn)定性一直是thz領(lǐng)域內(nèi)的重點研究課題，thzqcl屬于子帶間躍遷的半導(dǎo)體激光器，其躍遷能級差小，極易受到器件內(nèi)熱效應(yīng)的影響，導(dǎo)致激光器的發(fā)射頻率不穩(wěn)定。

為了穩(wěn)定激光器的發(fā)射頻率，研究者們進行了大量的研究，到目前為止，采用最多的方式為外混頻相位補償方法，該方法在毫米波頻段廣泛應(yīng)用。然而在thz頻段沿用此方案進行激光器的頻率穩(wěn)定(即鎖相)，有很高的技術(shù)要求，主要原因在于以下兩點：1)thz頻段本身就缺乏能夠作為標(biāo)準(zhǔn)的光源，即沒有合適本振源，所以目前的方案中絕大部分采用將高穩(wěn)定性的射頻信號進行反復(fù)倍頻(幾十倍)來達到thz頻段，并以此來作為本振源；2)高靈敏度及寬帶寬混頻器，目前適用于thz頻段的混頻器種類不多，主要的有肖特基二極管(sd)，熱電子輻射計(heb)和非線性晶體等，而且這些混頻器性能差異明顯，往往具有不同的工作條件和響應(yīng)特性，適應(yīng)范圍窄。

鑒于thz本振源與高質(zhì)量混頻器的匱乏，目前thzqcl鎖相技術(shù)中只能采用射頻倍頻本振源結(jié)合超低溫混頻器的組合方式，但此類方案存在以下幾方面不足之處：1)采用射頻倍頻源作為thz本振源，通常需要進行幾十倍倍頻才能實現(xiàn)高于2thz的頻率輸出，倍頻鏈路復(fù)雜且成本非常高，此外，多倍頻鏈路的輸出功率極低(皮瓦級別)，導(dǎo)致混頻效率降低；2)混頻器需采用超低溫高靈敏度探測器，如工作在極低溫度下(低于1k)的熱電子探測器，才能實現(xiàn)對微弱信號的有效混頻，極低工作溫度直接限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用；3)相位補償機制中帶寬限制，通過第一級混頻，通常得到的信號在ghz級別，如果直接以此信號進行相位補償，則對補償電路的帶寬要求太高，需要進行定制化設(shè)計，降低了技術(shù)的通用性。盡管針對thzqcl鎖相技術(shù)的改善提出了諸如以常溫肖特基二極管為混頻器，或是降低倍頻鏈路級數(shù)等優(yōu)化方案，但效果有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于thz本振源與高質(zhì)量混頻器的匱乏導(dǎo)致的鏈路復(fù)雜成本高及混頻效率低、通用性差等技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)，包括：

太赫茲光源模塊，包括太赫茲量子級聯(lián)激光器，用于實現(xiàn)太赫茲信號的輸出；

太赫茲信號下變頻模塊，與所述太赫茲光源模塊相連接，用于接收所述太赫茲信號并產(chǎn)生所述太赫茲信號的拍頻信號，以實現(xiàn)下變頻功能；

鎖相模塊，與所述太赫茲信號下變頻模塊相連接，用于接收所述拍頻信號，并依據(jù)所述拍頻信號產(chǎn)生驅(qū)動補償信號，所述驅(qū)動補償信號輸入至所述太赫茲光源模塊，用于實現(xiàn)所述太赫茲量子級聯(lián)激光器的鎖相。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲信號下變頻模塊包括太赫茲量子阱探測器，所述太赫茲量子阱探測器作為混頻器，用于獲取所述太赫茲信號的拍頻信號，所述太赫茲量子阱探測器為algaas/gaas材料體系的多量子阱結(jié)構(gòu)探測器。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲信號下變頻模塊還包括微帶線，所述微帶線設(shè)置于所述太赫茲量子阱探測器頂端，用于導(dǎo)出所述拍頻信號，所述拍頻信號的頻率小于50ghz。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲信號下變頻模塊還包括依次連接的放大器及偏置器，其中，所述放大器一端與所述太赫茲量子阱探測器相連接，用于放大所述拍頻信號，所述偏置器一端與所述鎖相模塊相連接，用于將經(jīng)所述放大器放大的所述拍頻信號傳輸至所述鎖相模塊。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述鎖相模塊包括拍頻信號下變頻單元，所述拍頻信號下變頻單元包括混頻器及本振源，其中，所述混頻器接收所述太赫茲信號下變頻模塊產(chǎn)生的所述拍頻信號，并將其與所述本振源進行混頻得到差頻信號，以實現(xiàn)所述拍頻信號的下變頻，所述本振源的頻率與所述拍頻信號的頻率的差值低于500mhz。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述鎖相模塊還包括相位補償單元，所述相位補償單元為pid控制器；所述相位補償單元與所述拍頻信號下變頻單元相連接以接收所述差頻信號，并將所述差頻信號與預(yù)設(shè)參考信號進行比較，以產(chǎn)生所述驅(qū)動補償信號。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述太赫茲量子級聯(lián)激光器為algaas/gaas材料體系的多量子阱結(jié)構(gòu)的激光器，其有源區(qū)為具有共振聲子散射束縛態(tài)向連續(xù)態(tài)躍遷機制的有源區(qū)；所述太赫茲量子級聯(lián)激光器激光光譜為雙模模式或多模模式。

本發(fā)明還提供一種太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相方法，包括如下步驟：

1)提供一如上述任意一項方案所述的太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)；

2)向所述太赫茲量子級聯(lián)激光器加載驅(qū)動信號，以使其產(chǎn)生太赫茲信號；

3)將所述太赫茲信號傳輸至所述太赫茲信號下變頻模塊，并產(chǎn)生所述太赫茲信號的拍頻信號，實現(xiàn)下變頻；

4)將所述拍頻信號傳輸至所述鎖相模塊，并依據(jù)所述拍頻信號產(chǎn)生驅(qū)動補償信號，將所述驅(qū)動補償信號疊加至所述驅(qū)動信號，所述驅(qū)動信號與所述驅(qū)動補償信號共同作用于所述太赫茲量子級聯(lián)激光器，以實現(xiàn)所述太赫茲量子級聯(lián)激光器的鎖相。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟2)中，產(chǎn)生所述太赫茲信號的方式為：將所述太赫茲量子級聯(lián)激光器置于低溫冷頭中，于所述低溫冷頭的溫度小于20k時，向所述太赫茲量子級聯(lián)激光器加載所述驅(qū)動信號，以使所述太赫茲量子級聯(lián)激光器發(fā)射所述太赫茲信號。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟3)中，所述太赫茲信號下變頻模塊包括太赫茲量子阱探測器，其產(chǎn)生所述拍頻信號的方式為：將所述太赫茲信號經(jīng)由離軸拋物面鏡傳輸至所述太赫茲量子阱探測器的光敏面上進行光學(xué)混頻，以產(chǎn)生所述太赫茲信號的拍頻信號；所述太赫茲量子阱探測器進行信號耦合的方式為45°斜面入射方式或光柵結(jié)構(gòu)對入射。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟4)中，所述驅(qū)動補償信號通過pid控制原理產(chǎn)生。

如上所述，本發(fā)明的完整的發(fā)明名稱，具有以下有益效果：

1)本發(fā)明所提供的太赫茲量子級聯(lián)激光器的鎖相系統(tǒng)及方法，率先采用thzqwp對thz頻率信號進行下變頻，能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確的提取混頻信號；

2)本發(fā)明所提供的太赫茲量子級聯(lián)激光器的鎖相系統(tǒng)及方法，采用多模thzqcl代替?zhèn)鹘y(tǒng)的射頻倍頻鏈thz本振源，利用激光器自身的拍頻信號實現(xiàn)下變頻顯著降低了鎖相技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)建的難度與復(fù)雜度；

3)本發(fā)明通過提取多模光譜的拍頻信號實現(xiàn)高頻thz信號的下變頻，替代傳統(tǒng)的射頻倍頻鏈本振源，大幅降低技術(shù)成本與難度，在保留控制精度的同時，顯著的降低了thz頻段鎖相技術(shù)及系統(tǒng)的復(fù)雜度，改善了傳統(tǒng)thz頻段鎖相技術(shù)的缺陷。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明提供的太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)的各模塊連接關(guān)系示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明提供的太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明提供的太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)的太赫茲光源模塊產(chǎn)生的太赫茲激光光譜示意圖。

圖4顯示為本發(fā)明提供的太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)的太赫茲信號下變頻模塊產(chǎn)生的太赫茲信號的拍頻信號的圖譜示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明提供的太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相方法的各步驟流程圖。

元件標(biāo)號說明

1太赫茲光源模塊

11太赫茲量子級聯(lián)激光器

12驅(qū)動電源

2太赫茲信號下變頻模塊

21太赫茲量子阱探測器

22放大器

23偏置器

24頻譜分析設(shè)備

3鎖相模塊

31拍頻信號下變頻單元

311本振源

312混頻器

32相位補償單元

s1～s4步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1至圖5。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的形態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局形態(tài)也可能更為復(fù)雜。

如圖1及圖2所示，本發(fā)明提供一種太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)，包括：

太赫茲光源模塊1，包括太赫茲量子級聯(lián)激光器11，用于實現(xiàn)太赫茲信號的輸出；

太赫茲信號下變頻模塊2，與所述太赫茲光源模塊1相連接，用于接收所述太赫茲信號并產(chǎn)生所述太赫茲信號的拍頻信號，以實現(xiàn)下變頻功能；

鎖相模塊3，與所述太赫茲信號下變頻模塊2相連接，用于接收所述拍頻信號，并依據(jù)所述拍頻信號產(chǎn)生驅(qū)動補償信號，所述驅(qū)動補償信號輸入至所述太赫茲光源模塊1，用于實現(xiàn)所述太赫茲量子級聯(lián)激光器的鎖相。

具體的，所述太赫茲光源模塊1用于產(chǎn)生太赫茲信號，作為目標(biāo)源，其中，所述太赫茲量子級聯(lián)激光器11作為所述太赫茲光源模塊1的核心，用于信號發(fā)射。

作為示例，所述太赫茲量子級聯(lián)激光器21為algaas/gaas材料體系的多量子阱結(jié)構(gòu)的激光器，其有源區(qū)為具有共振聲子散射束縛態(tài)向連續(xù)態(tài)躍遷機制的有源區(qū)。

作為示例，所述太赫茲光源模塊1輸出的所述太赫茲信號的光譜特征為雙模模式或多模模式。

具體的，所述太赫茲量子級聯(lián)激光器11的參數(shù)可以依實際需求任意設(shè)置，并不做具體限制，優(yōu)選地，為al0.25ga0.75as/gaas多量子阱結(jié)構(gòu)，且其有源區(qū)長度為3～9mm，優(yōu)選為6mm，中心頻率為3～6thz，優(yōu)選為4.27thz。另外，其發(fā)射的激光光譜如圖3所示，所述太赫茲量子級聯(lián)激光器21優(yōu)選為雙模工作模式，進一步，其雙模的拍頻信號為10～20ghz，在本實施例中為15ghz。在本實施例中，產(chǎn)生的所述太赫茲信號的頻率位于1～5thz之間。

作為示例，所述太赫茲光源模塊1還包括驅(qū)動電源12，用于為所述太赫茲量子級聯(lián)激光器提供驅(qū)動信號，以使其產(chǎn)生所述太赫茲信號。

具體的，所述驅(qū)動電源12可以為電壓驅(qū)動或電流驅(qū)動，在本實施例中，選擇為電流驅(qū)動，大小為800～900ma，優(yōu)選為870ma，且進一步優(yōu)選為連續(xù)波工作模式，當(dāng)然，所述太赫茲量子級聯(lián)激光器11也可以采用外部驅(qū)動電源產(chǎn)生驅(qū)動信號進行驅(qū)動，在此不做具體限制。

作為示例，所述太赫茲信號下變頻模塊2包括太赫茲量子阱探測器21，所述太赫茲量子阱探測器21作為混頻器，用于獲取所述太赫茲信號的拍頻信號。

作為示例，所述太赫茲量子阱探測器21為algaas/gaas材料體系的多量子阱結(jié)構(gòu)探測器。

作為示例，所述太赫茲信號下變頻模塊2還包括微帶線(圖中未示出)，所述微帶線設(shè)置于所述太赫茲量子阱探測器21頂端，用于導(dǎo)出所述拍頻信號。

作為示例，所述拍頻信號的頻率小于50ghz。

具體的，所述太赫茲量子阱探測器21具備高靈敏度和寬帶寬等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確的提取混頻信號，且thzqwp的響應(yīng)半峰與thzqcl的發(fā)射光譜匹配(即thzqcl發(fā)射光譜位于thzqwp半峰頻率范圍之內(nèi))，在本實施例中，多模thz信號通過傳輸光路傳輸至thzqwp光敏面上，thzqwp接收多模thz信號并通過光混頻效應(yīng)產(chǎn)生拍頻信號，進一步，thz拍頻信號的基頻信號由qwp的高頻輸出端導(dǎo)出，其中，所獲取的下變頻信號不超過50ghz，以具體的多模激光光譜為準(zhǔn)，本實施例中為20ghz，為thzqcl多模之間的拍頻信號。

具體的，所述拍頻信號的產(chǎn)生方式為：將所述太赫茲信號經(jīng)由離軸拋物面鏡傳輸至所述太赫茲量子阱探測器21的光敏面上進行光學(xué)混頻，以產(chǎn)生所述太赫茲信號的拍頻信號，其進行信號耦合的方式為45°斜面入射方式或光柵結(jié)構(gòu)對入射，所述太赫茲量子阱探測器21的臺面尺寸為400*400um²，工作溫度為3～7k，優(yōu)選為5k，加載的偏置電壓為80～140mv，優(yōu)選為110mv，其對應(yīng)的qwp的響應(yīng)率為0.4～0.8a/w，本實施例中為0.65a/w。進一步，所述拍頻信號選擇為基頻信號，并通過高頻線(如所述微帶線)引出，以進行后續(xù)操作。

作為示例，所述太赫茲信號下變頻模塊2還包括依次連接的放大器22及偏置器23，其中，所述放大器22一端與所述太赫茲量子阱探測器21相連接，用于放大所述拍頻信號，所述偏置器23一端與所述鎖相模塊3相連接，用于將經(jīng)所述放大器22放大的所述拍頻信號傳輸至所述鎖相模塊3。

作為示例，所述太赫茲信號下變頻模塊2還包括頻譜分析設(shè)備24，用于顯示并監(jiān)測所述拍頻信號。

具體的，所述拍頻信號還進一步經(jīng)由所述放大器放大，所述放大器加載的偏置直流信號大小為0.5～2.5a，本實施例中選擇為1.46a，然后由梯形偏置器提取高頻信號(如所述基頻信號)分別傳輸至所述頻譜分析設(shè)備(如頻譜分析儀)和所述鎖相模塊中的混頻器，所述頻譜分析設(shè)備顯示并監(jiān)測拍頻信號，所述拍頻信號如圖4所示。

作為示例，所述鎖相模塊3包括拍頻信號下變頻單元31，所述拍頻信號下變頻單元31包括混頻器312及本振源311，其中，所述混頻器312接收所述太赫茲信號下變頻模塊2產(chǎn)生的所述拍頻信號，并將其與所述本振源311進行混頻得到差頻信號，以實現(xiàn)所述拍頻信號的下變頻。

作為示例，所述本振源311的頻率與所述拍頻信號的頻率的差值小于500mhz。

具體的，所述本振源311為射頻本振源，其作為所述拍頻信號的本振源與所述拍頻信號進行混頻，得到差頻信號(即相位誤差信號)，以實現(xiàn)所述拍頻信號的下變頻，該差頻信號會隨著thzqcl發(fā)射頻率的變化而變化(一般地，變化量與目標(biāo)源的呈線性關(guān)系)，用于表征thzqcl頻率的穩(wěn)定性，同時可以降低對所述相位補償單元中相關(guān)電路帶寬的需求，使相位補償易于實現(xiàn)。

具體的，在本實施例中，所述混頻器312為微波混頻器，當(dāng)然，也可以為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的任意混頻器，其中，所述混頻器312的偏置電壓為2～5v，本實施例選擇為3.5v，另外，所述本振源311的頻率為12～18ghz，本實施例選擇為15.4ghz，經(jīng)所述微波混頻器混頻得到的差頻信號的頻率為90～150mhz，本實施例中為122mhz。

作為示例，所述鎖相模塊3還包括相位補償單元32，所述相位補償單元32與所述拍頻信號下變頻單元31相連接以接收所述差頻信號，并將所述差頻信號與預(yù)設(shè)參考信號進行比較，以產(chǎn)生所述驅(qū)動補償信號。

作為示例，所述相位補償單元32為pid控制器。

具體的，所述拍頻信號下變頻模塊輸出的所述差頻信號繼續(xù)傳輸至所述相位補償單元，通過相位補償單元計算出實時差頻信號與參考信號之間的誤差，并通過負反饋機制產(chǎn)生相應(yīng)的電信號用于補償thzqcl的驅(qū)動信號，從而實現(xiàn)頻率的穩(wěn)定輸出。另外，所述相位補償單元采用比例-積分-微分控制原理(即pid原理)，其功能為把收集到的數(shù)據(jù)和一個參考值進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達到或者保持在參考值。

在本實施例中，微波混頻器混頻得到的差頻信號頻率122mhz，以此頻率值作為相位補償模塊中比例-積分-微分控制器的參考值，通過多次參數(shù)調(diào)試，最終確定pid控制器參數(shù)設(shè)置如下：比例增益kc＝0.5，積分時間常數(shù)ti＝3*(1/122mhz)，微分時間常數(shù)td＝(1/3)*(1/122mhz)，pid控制器電流輸出端與thzqcl的驅(qū)動電流并聯(lián)之后作用于thzqcl器件上，實現(xiàn)穩(wěn)定thzqcl頻譜的目的。

如圖5所示，本發(fā)明還提供一種太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相方法，所述鎖相方法為采用本實施例提供的鎖相系統(tǒng)進行鎖相的方法，包括如下步驟：

1)提供一如上述任意方案所述的太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)；

2)向所述太赫茲量子級聯(lián)激光器11加載驅(qū)動信號，以使其產(chǎn)生太赫茲信號；

3)將所述太赫茲信號傳輸至所述太赫茲信號下變頻模塊2，并產(chǎn)生所述太赫茲信號的拍頻信號，實現(xiàn)下變頻；

4)將所述拍頻信號傳輸至所述鎖相模塊3，并依據(jù)所述拍頻信號產(chǎn)生驅(qū)動補償信號，將所述驅(qū)動補償信號疊加至所述驅(qū)動信號，所述驅(qū)動信號與所述驅(qū)動補償信號共同作用于所述太赫茲量子級聯(lián)激光器11，以實現(xiàn)所述太赫茲量子級聯(lián)激光器的鎖相。

作為示例，步驟2)中，產(chǎn)生所述太赫茲信號的方式為：將所述太赫茲量子級聯(lián)激光器置11于低溫冷頭中，于所述低溫冷頭的溫度小于20k時，向所述太赫茲量子級聯(lián)激光器11加載所述驅(qū)動信號，以使所述太赫茲量子級聯(lián)激光器11發(fā)射所述太赫茲信號。

具體的，向所述太赫茲量子級聯(lián)激光器11加載驅(qū)動信號，以使其產(chǎn)生太赫茲信號，所述驅(qū)動信號可以為電壓驅(qū)動或電流驅(qū)動，在本實施例中，選擇為電流驅(qū)動，大小為800～900ma，優(yōu)選為870ma，且進一步優(yōu)選為連續(xù)波工作模式，其發(fā)射的激光光譜如圖3所示。

作為示例，步驟3)中，所述太赫茲信號下變頻模塊2包括太赫茲量子阱探測器21，其產(chǎn)生所述拍頻信號的方式為：將所述太赫茲信號經(jīng)由離軸拋物面鏡傳輸至所述太赫茲量子阱探測器21的光敏面上進行光學(xué)混頻，以產(chǎn)生所述太赫茲信號的拍頻信號。

作為示例，所述太赫茲量子阱探測器21進行信號耦合的方式為45°斜面入射方式或光柵結(jié)構(gòu)對入射。

作為示例，所述太赫茲量子阱探測器21的工作溫度為3～7k，加載的偏置電壓為80～140mv。

具體的，多模thz信號通過傳輸光路傳輸至thzqwp光敏面上，thzqwp接收多模thz信號并通過光混頻效應(yīng)產(chǎn)生拍頻信號，進一步，thz拍頻信號的基頻信號由qwp的高頻輸出端導(dǎo)出，所述太赫茲量子阱探測器21進行信號耦合的方式為45°斜面入射方式或光柵結(jié)構(gòu)對入射，其臺面尺寸為400*400um²，工作溫度為3～7k，優(yōu)選為5k，加載的偏置電壓為80～140mv，優(yōu)選為110mv，其對應(yīng)的qwp的響應(yīng)率為0.4～0.8a/w，本實施例中為0.65a/w。

作為示例，步驟4)中，所述驅(qū)動補償信號通過pid控制原理產(chǎn)生。

具體的，所述拍頻信號下變頻模塊輸出的所述差頻信號繼續(xù)傳輸至所述相位補償單元，通過相位補償單元計算出實時差頻信號與參考信號之間的誤差，并通過負反饋機制產(chǎn)生相應(yīng)的電信號用于補償thzqcl的驅(qū)動信號，從而實現(xiàn)頻率的穩(wěn)定輸出。另外，所述相位補償單元采用比例-積分-微分控制原理(即pid原理)，其功能為把收集到的數(shù)據(jù)和一個參考值進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達到或者保持在參考值。

在本實施例中，微波混頻器混頻得到的差頻信號頻率122mhz，以此頻率值作為相位補償模塊中比例-積分-微分控制器的參考值，通過多次參數(shù)調(diào)試，最終確定pid控制器參數(shù)設(shè)置如下：比例增益kc＝0.5，積分時間常數(shù)ti＝3*(1/122mhz)，微分時間常數(shù)td＝(1/3)*(1/122mhz)，pid控制器電流輸出端與thzqcl的驅(qū)動電流并聯(lián)之后作用于thzqcl器件上，實現(xiàn)穩(wěn)定thzqcl頻譜的目的。

綜上所述，本發(fā)明提供一種太赫茲量子級聯(lián)激光器鎖相系統(tǒng)及鎖相方法，所述鎖相系統(tǒng)包括：太赫茲光源模塊，包括太赫茲量子級聯(lián)激光器，用于實現(xiàn)太赫茲信號的輸出；太赫茲信號下變頻模塊，與所述太赫茲光源模塊相連接，用于接收所述太赫茲信號并產(chǎn)生所述太赫茲信號的拍頻信號，以實現(xiàn)下變頻功能；鎖相模塊，與所述太赫茲信號下變頻模塊相連接，用于接收所述拍頻信號，并依據(jù)所述拍頻信號產(chǎn)生驅(qū)動補償信號，所述驅(qū)動補償信號輸入至所述太赫茲光源模塊，用于實現(xiàn)所述太赫茲量子級聯(lián)激光器的鎖相。通過上述方案，本發(fā)明所提供的太赫茲量子級聯(lián)激光器的鎖相系統(tǒng)及方法，率先采用thzqwp對thz頻率信號進行下變頻，能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確的提取混頻信號；采用多模thzqcl代替?zhèn)鹘y(tǒng)的射頻倍頻鏈thz本振源，利用激光器自身的拍頻信號實現(xiàn)下變頻顯著降低了鎖相技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)建的難度與復(fù)雜度；通過提取多模光譜的拍頻信號實現(xiàn)高頻thz信號的下變頻，替代傳統(tǒng)的射頻倍頻鏈本振源，大幅降低技術(shù)成本與難度，在保留控制精度的同時，顯著的降低了thz頻段鎖相技術(shù)及系統(tǒng)的復(fù)雜度，改善了傳統(tǒng)thz頻段鎖相技術(shù)的缺陷。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。