Устройство управления длиной волны излучения терагерцового полупроводникового лазера

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛИНОЙ ВОЛНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ТЕРАГЕРЦОВОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Козлов Владимир Леонидович Ушаков Дмитрий Владимирович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Устройство управления длиной волны излучения терагерцового полупроводникового лазера, содержащее оптически связанные опорный лазер, управляемый лазер, зеркало,светоделитель, гетеродинный фотоприемник и последовательно соединенные с фотоприемником усилитель, частотный дискриминатор, управляемый источник тока, соединенный с входом управления лазера, отличающееся тем, что в него введен нелинейный кристалл,расположенный между опорным лазером и зеркалом, а в качестве опорного лазера использован двухчастотный полупроводниковый лазер.(56) 1. Патент РБ 10055, МПК 701 3/12. Устройство управления излучением двухволнового лазера / В.Л.Козлов. - 2007. 2. Физика полупроводниковых лазеров Пер. с японск. / Под ред. . Такумы. - М. Мир, 1989. - С. 62-65. 3. Патент РБ 1385, МПК Н 01 3/19. Полупроводниковый лазер / А.А. Афоненко, В.К. Кононенко, И.С. Манак. - 1996. 4. Гейко П.П. Новые двуосные смешанные кристаллы для преобразования частоты фемтосекундных импульсов / П.П. Гейко, Е.П. Коцубинская // Оптика атмосферы и океана. - Т. 12. -2-3. - 2006. - С. 167-171. 71982011.04.30 Полезная модель относится к области оптического спектрального приборостроения и может быть использована для стабилизации и управления длиной волны излучения терагерцового квантово-каскадного полупроводникового лазера. Известно устройство управления излучением двухволнового лазера 1, использующее в качестве дисперсионного элемента волоконно-оптический световод. Однако такие системы не способны управлять длиной волны излучения терагерцового полупроводникового лазера. Известен метод управления длиной волны излучения полупроводникового лазера 2,основанный на использовании оптического гетеродинирования и опорного высокостабильного источника лазерного излучения. Однако данная система не может быть использована для стабилизации длины волны излучения терагерцового полупроводникового лазера, так как отсутствуют высокостабильные источники опорного излучения терагерцового диапазона. Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении стабильности длины волны излучения терагерцового квантово-каскадного полупроводникового лазера. Решение этой задачи позволит улучшить спектральные характеристики терагерцовых полупроводниковых лазеров, что особенно важно при использовании лазеров в спектрометрической аппаратуре и системах лазерной диагностики. Для решения поставленной задачи в известное устройство 2, содержащее оптически связанные опорный лазер, управляемый лазер, зеркало, светоделитель, гетеродинный фотоприемник и последовательно соединенные с фотоприемником усилитель, частотный дискриминатор, управляемый источник тока, соединенный с входом управления лазера,введен нелинейный кристалл, расположенный между опорным лазером и зеркалом, а в качестве опорного лазера использован двухчастотный полупроводниковый лазер. Свойства, появляющиеся у заявляемого объекта это повышение стабильности длины волны излучения терагерцового квантовокаскадного полупроводникового лазера, обусловленное тем, что использование двухчастотного полупроводникового лазера в качестве опорного излучателя и выделение разностной частоты из двух излучаемых им сигналов с помощью нелинейного кристалла дают сигнал терагерцового диапазона, обладающий более высокой стабильностью, чем выпускаемые терагерцовые лазеры. Сущность полезной модели поясняется с помощью чертежа, на котором представлена функциональная схема устройства управления длиной волны излучения терагерцового полупроводникового лазера. Устройство содержит оптически связанные управляемый лазер 1, опорный двухчастотный полупроводниковый лазер 2, нелинейный кристалл 3, зеркало 4, светоделитель 5, гетеродинный фотоприемник 6 и последовательно соединенные с фотоприемником усилитель 7, частотный дискриминатор 8, управляемый источник тока 9,соединенный с входом управления лазера. Устройство работает следующим образом. В качестве опорного лазера 2 использован лазерный диод с асимметричной квантоворазмерной гетероструктурой 3. Активная область лазера состоит из двух квантоворазмерных слоев, излучающих одновременно на двух разных длинах волн. Благодаря подбору параметров квантоворазмерных слоев и легированию барьерных слоев между ними осуществляется неоднородное возбуждение активной области, при этом разность длин волн генерации достигает 10-90 нм в зависимости от материала гетероструктуры. Стабильность разностной длины волны обеспечивается синхронизацией электронно-оптических процессов в активной области лазера и превышает стабильность терагерцовых лазеров. Перестройка разностной длиной волныосуществляется с помощью изменения тока инжекции. Если использовать терморегулятор и стабилизировать амплитуду тока инжекции, то достигается высокая стабильность разностной длины волны генерации. 71982011.04.30 Излучение от двухволнового лазера 2 на двух различных оптических длинах волн 2 и 1 поступает на нелинейный кристалл 3. Нелинейный кристалл в результате нелинейных оптических эффектов выделяет сигнал на разностной частоте двух когерентных оптическихсигналов на длинах волн 2 и 1 4. Таким образом, на выходе нелинейного кристалла появляется сигнал на разностной частоте излучений на 1 и 2 с частотой 12 и длиной волны 12(1),211 2 где- скорость света. Если излучение лазера на 2 и 1 находится в ближнем инфракрасном диапазоне 11,0 мкм, то при изменении разности длин волн генерации двухволнового лазерав пределах 10-90 нм длина волны разностного излучения будет изменяться в пределах 1212-100 мкм. Из приведенного примера видно, что с помощью изменения тока инжекции длина волны разностного излучения 12 может изменяться в широких пределах и подстраиваться к длине волны управляемого лазера. Путем изменения тока инжекции длина волны разностного излучения 12 подстраивается к длине волны терагерцового лазера 1. Опорное излучение на длине волны 12 с помощью зеркала 4 и светоделителя 5 совмещается с излучением управляемого лазера 1 и поступает на гетеродинный фотоприемник 6, где в результате фотосмешения выделяется сигнал разностной частоты этих оптических сигналов. Затем после усиления блоком 7 сигнал поступает на частотный дискриминатор 8, где определяется значение разности частот лазера 1 и опорного излучения. В зависимости от величины разности управляемый источник тока 9, соединенный с входом управления лазера 1, перестраивает его частоту,чем обеспечивает стабилизацию длины волны излучения терагерцового квантовокаскадного полупроводникового лазера. Таким образом, используя в качестве опорного лазера двухчастотный полупроводниковый лазер и применяя нелинейный кристалл на выходе двухчастотного лазера, достигается повышение стабильности длины волны излучения терагерцового квантовокаскадного полупроводникового лазера. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3