太赫兹半导体激光光频梳研究进展.pdf

太赫兹半导体激光光频梳是一种先进的光学技术，它在太赫兹波段利用半导体材料，特别是太赫兹量子级联激光器（THz QCL）来产生一系列等间距、高度稳定的频率线。这种技术在精密光谱测量、成像和通信等领域具有广泛的应用潜力，因其超高的频率稳定性和极低的相位噪声。 光频梳的基本概念由两个关键参数定义，即载波偏移频率（fceo）和重复频率（frep）。fceo代表所有频率线的中心频率，而frep则是频率线之间的间隔。光频梳的形成可以从脉冲在激光谐振腔内的行为来理解。当脉冲在腔内反射时，由于色散效应，相邻脉冲的相位会有所不同。在时域上，这表现为脉冲序列的周期包络；在频域上，则转化为梳状的频率分布。 早期的光频梳生成主要依赖于二阶非线性效应，如电光调制，通过将微波信号调制到单频激光上产生边带。然而，这种传统的电光调制方法产生的光频梳带宽较窄，限制了其应用范围。相比之下，太赫兹半导体激光光频梳得益于THz QCL的大功率输出和宽频率覆盖范围，能实现更宽的光谱带宽，从而扩展了光频梳的应用领域。 太赫兹量子级联激光器（THz QCL）是生成太赫兹光频梳的理想平台。QCL的工作原理是利用量子阱结构，通过电子在能级间的连续跃迁来产生辐射。通过主动或被动稳频模式，可以控制THz QCL的频率稳定性，进而产生光频梳。主动稳频通常涉及外加反馈机制，而被动稳频则依赖于激光器本身的内在特性。 双光梳光谱是光频梳技术的一个重要应用，它可以解决传统太赫兹光谱仪依赖机械扫描的局限，实现实时光谱检测。双光梳技术使用两台THz QCL，产生两个独立的光频梳，通过相互比较，可以进行高精度的光谱测量，特别适用于动态监测和实时分析。 太赫兹半导体激光光频梳的研究不仅推动了基础科学研究，如非线性光学和量子光学，还在生物医学成像、环境监测、通信技术和遥感等领域展现出巨大的应用前景。随着技术的不断进步，太赫兹光频梳有望成为未来精密测量和高速通信的核心工具。