一种太赫兹双光梳成像系统

本发明涉及半导体光电器件应用领域，特别是涉及一种太赫兹双光梳成像系统。

背景技术：

1、光学频率梳是由一系列等间距分布的频率线组成的相干激光源，在时域上表现为具有固定相位关系的超短脉冲，具有高频率稳定性和低相位噪声等特点，可用于天文学、时间同步、通信、绝对距离测量等领域。基于其高频率稳定的特性，还可用于绝对频率标定及高分辨率的光谱测量。

2、双光梳是光频梳在高精度测量中的直接应用，两个重复频率相近的光频梳通过相邻模式对拍频形成下转换的多外差光谱，称为双光梳。基于两个光频梳的外差采样，双光梳可以实现宽带，高分辨率，高灵敏度的快速测量。

3、太赫兹(thz)波段覆盖许多生物大分子的特征谱，基于非电离特性，可以对活性生物组织无损探测，在生物医学检测和成像方面具有重要应用，发展thz波段的光频梳技术是拓展其高精尖应用的有效方式。量子级联激光器(qcl)是thz波段光频梳的理想载体，具有体积小，功率高，易于片上集成等优势，独特的激光自探测机制能够进一步简化设备，摆脱对thz探测器的依赖。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种太赫兹双光梳成像系统，可以同时实现样品成像与光谱特性分析。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太赫兹双光梳成像系统，包括：第一量子级联激光器、第二量子级联激光器、第一光路、第二光路和频谱分析仪；所述第一量子级联激光器以光频梳模式工作，作为采样光频梳源，用于发出太赫兹光；所述第一光路用于将所述太赫兹光汇聚至待测样品上，得到采样光频梳信号；所述第二光路用于将透过所述待测样品的采样光频梳信号耦合到所述第二量子级联激光器的谐振腔内；所述第二量子级联激光器以光频梳模式工作，作为本征光频梳，用于实现采样光频梳信号和本征光频梳信号的多外差拍频得到双光梳信号；所述频谱分析仪用于对双光梳信号进行分析记录。

3、所述第一量子级联激光器与第一t型偏置器的混合端口相连，所述第一t型偏置器的直流端口连接第一电源，交流端口断开。

4、所述第二量子级联激光器与第二t型偏置器的混合端口相连，所述第二t型偏置器的直流端口连接第二电源，交流端口与所述频谱分析仪相连。

5、所述第二t型偏置器的交流端口与所述频谱分析仪之间依次设置有放大器和带通滤波器，所述放大器用于放大所述双光梳信号；所述带通滤波器用于滤除噪声信号。

6、所述放大器为微波低噪声放大器，且带宽大于所述双光梳信号的带宽。

7、所述第一光路和第二光路均通过两个离轴抛物面镜构成。

8、所述待测样品置于电控二维位移台上，所述电控二维位移台位于所述第一光路的焦平面，用于控制所述电控二维位移台在焦平面上进行二维移动。

9、所述的太赫兹双光梳成像系统还包括计算机，所述计算机分别与所述电控二维位移台和频谱分析仪相连，所述计算机用于实时同步控制所述电控二维位移台移动所述待测样品和记录在对应位置时所述频谱分析仪得到的双光梳数据。

10、有益效果

11、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明既可以利用双光梳的单根梳齿成像，还可以基于多根梳齿协同高精度成像，相比于单频激光器与探测器的强度成像系统，具有更高的分辨率，同时本发明可以实时反演样品光谱特性，实现样品thz光谱检测，同时成像成谱。

技术特征：

1.一种太赫兹双光梳成像系统，其特征在于，包括：第一量子级联激光器、第二量子级联激光器、第一光路、第二光路和频谱分析仪；所述第一量子级联激光器以光频梳模式工作，作为采样光频梳源，用于发出太赫兹光；所述第一光路用于将所述太赫兹光汇聚至待测样品上，得到采样光频梳信号；所述第二光路用于将透过所述待测样品的采样光频梳信号耦合到所述第二量子级联激光器的谐振腔内；所述第二量子级联激光器以光频梳模式工作，作为本征光频梳，用于实现采样光频梳信号和本征光频梳信号的多外差拍频得到双光梳信号；所述频谱分析仪用于对双光梳信号进行分析记录。

2.根据权利要求1所述的太赫兹双光梳成像系统，其特征在于，所述第一量子级联激光器与第一t型偏置器的混合端口相连，所述第一t型偏置器的直流端口连接第一电源，交流端口断开。

3.根据权利要求1所述的太赫兹双光梳成像系统，其特征在于，所述第二量子级联激光器与第二t型偏置器的混合端口相连，所述第二t型偏置器的直流端口连接第二电源，交流端口与所述频谱分析仪相连。

4.根据权利要求3所述的太赫兹双光梳成像系统，其特征在于，所述第二t型偏置器的交流端口与所述频谱分析仪之间依次设置有放大器和带通滤波器，所述放大器用于放大所述双光梳信号；所述带通滤波器用于滤除噪声信号。

5.根据权利要求4所述的太赫兹双光梳成像系统，其特征在于，所述放大器为微波低噪声放大器，且带宽大于所述双光梳信号的带宽。

6.根据权利要求1所述的太赫兹双光梳成像系统，其特征在于，所述第一光路和第二光路均通过两个离轴抛物面镜构成。

7.根据权利要求1所述的太赫兹双光梳成像系统，其特征在于，所述待测样品置于电控二维位移台上，所述电控二维位移台位于所述第一光路的焦平面，用于控制所述电控二维位移台在焦平面上进行二维移动。

8.根据权利要求7所述的太赫兹双光梳成像系统，其特征在于，还包括计算机，所述计算机分别与所述电控二维位移台和频谱分析仪相连，所述计算机用于实时同步控制所述电控二维位移台移动所述待测样品和记录在对应位置时所述频谱分析仪得到的双光梳数据。

技术总结
本发明涉及一种太赫兹双光梳成像系统，包括：第一量子级联激光器、第二量子级联激光器、第一光路、第二光路和频谱分析仪；所述第一量子级联激光器以光频梳模式工作，作为采样光频梳源，用于发出太赫兹光；所述第一光路用于将所述太赫兹光汇聚至待测样品上，得到采样光频梳信号；所述第二光路用于将透过所述待测样品的采样光频梳信号耦合到所述第二量子级联激光器的谐振腔内；所述第二量子级联激光器以光频梳模式工作，作为本征光频梳，用于实现采样光频梳信号和本征光频梳信号的多外差拍频得到双光梳信号；所述频谱分析仪用于对双光梳信号进行分析记录。本发明可以同时实现样品成像与光谱特性分析。

技术研发人员：黎华,马旭红,李子平,曹俊诚
受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11