專利名稱：一種產生音頻調制THz波的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種產生音頻調制THz波的方法和裝置，特別涉及THz量子級聯激光器的模擬強度調制方法。屬于半導體光電器件應用技術領域。
背景技術：
根據Edholm的帶寬定律，在過去25年內，短距離無線通信系統的帶寬需求每隔18 個月翻一番。為了滿足日益增長的帶寬需求，其中一種方法是通過采用更先進的調制技術提高頻帶利用率，通過采用多種復用方式來增加信道容量，但香農定理告訴我們，這種方法提供的數據傳輸能力依舊有限。為了提供足夠的帶寬，人們需要采用更高的載頻，這就延伸到了 THz 頻段(0. 1 IOTHz)。THz輻射源是THz頻段應用的關鍵器件。在眾多THz輻射產生方式中，基于半導體的全固態太赫茲量子級聯激光器(THzQCL)由于其能量轉換效率高、體積小、輕便和易集成等優點。因此，它一經發明就引起廣泛的關注并成為本領域的研究熱點。當前，THzQCL研究的重點主要集中在有源區結構的設計、工作溫度的提升、連續波工作、高發射光功率、低激射頻率以及閾值電流密度的降低等方面。THzQCL可作為THz波輻射源，應用于THz通信系統中，由于THzQCL的調制動態在很大范圍內僅由皮秒級的載流子壽命限制，其本征帶寬能達到IOOGHz以上。因此，研究基于THzQCL的調制方法，為未來THz高速無線通信奠定基礎。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種產生音頻調制THz波的方法和裝置，適用于未來的THz通信應用。為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案—種產生音頻調制THz波的方法，該方法采用太赫茲量子級聯激光器(THzQCL)作為輻射源，對其進行強度調制，將音頻信號加載到THz波上。優選地，使所述太赫茲量子級聯激光器(THzQCL)工作在連續模式。優選地，采用激射頻率為2-7THZ的太赫茲量子級聯激光器(THzQCL)作為輻射源。進一步地，將音頻信號加載到THz波上的方法為將輸入的音頻信號放大，然后與一直流偏置電壓信號疊加，再將疊加后的電壓信號放大，用該放大后的電壓信號作為調制信號驅動太赫茲量子級聯激光器(THzQCL)，產生調制THz波。 優選地，采用功率放大器放大所述疊加后的電壓信號。優選地，依據所述太赫茲量子級聯激光器(THzQCL)的P_V_I曲線的發光區域和線性度，確定所述調制信號中的直流電壓分量和音頻信號的峰峰值。優選地，采用激射頻點為4. ITHz的太赫茲量子級聯激光器(THzQCL)作為輻射源， 使所述調制信號中的直流分量為11. 3V，音頻信號的峰峰值為0. 6V。一種基于上述方法的產生音頻調制THz波的裝置，其包括
作為輻射源的太赫茲量子級聯激光器(THzQCL)及其調制電路；所述調制電路包括依次連接的音頻信號放大電路、音頻信號與直流偏壓信號的疊加電路、疊加信號的功率放大電路。優選地，所述太赫茲量子級聯激光器(THzQCL)工作在連續模式，其激射頻率為 2-7THz。優選地，所述太赫茲量子級聯激光器(THzQCL)的激射頻點為4. ITHz。本發明的有益效果在于產生的調制THz波頻段Q-7THZ)目前尚未分配使用；調制裝置采用了能量轉換效率高、體積小、易集成以及可大規模生產的半導體量子級聯激光器；采用了模擬信號強度調制方法，可將音頻信號調制到THz載波上，適用于THz波通信應用。
以下是對本發明涉及的各示意圖的闡述。圖1為實施例中產生調制THz波的裝置結構示意圖；圖2為實施例中THz波強度調制原理示意圖；圖3為實施例中所采用的THz QCL器件的P_V_I曲線。
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明本發明產生音頻調制THz波的方法和裝置。本發明的發明人經過對太赫茲器件的深入研究，提出一種基于太赫茲量子級聯激光器的產生音頻調制THz波的方法。如圖1所示，該方法采用THzQCL作為輻射源，對其進行強度調制，將音頻信號加載到THz波上。具體地，如圖2所示，將輸入的音頻信號放大，然后與一直流偏置電壓信號疊加，再將疊加后的電壓信號通過功率放大器(PA)放大，用該放大后的電壓信號作為調制信號驅動THzQCL，產生調制THz波。其中，調制信號需要由大功率放大器輸出，以滿足THzQCL較大的工作功率需求。 優選地，依據該THzQCL的P-V-I曲線，根據其發光區域和線性度，來確定調制信號中的直流偏置電壓值和音頻信號的峰峰值。優選地，采用激射頻率為2-7THZ的THzQCL作為輻射源。 其中可以采用激射頻點為4. ITHz的THzQCL作為輻射源，使所述THzQCL工作在連續模式， 通過功率放大器的放大使調制信號中直流分量為11. 3V，音頻信號峰峰值為0. 6V。基于以上思想，本發明設計了一種產生音頻調制THz波的裝置，其包括輻射源 THzQCL及其調制電路；所述調制電路包括音頻信號放大電路、音頻信號與直流偏壓信號的疊加電路、疊加信號的功率放大電路。優選地，該THzQCL工作在連續模式，其激射頻率為 2-7THz，激射頻點為4. ITHz。參閱圖1、圖2和圖3，采用上述方法及裝置產生音頻調制THz波的具體實施方式
如下(1) THz QCL器件工作溫度較低，需要將THzQCL置于機械制冷機的冷頭上，制冷溫度為IOK0其中，采用型號為B1316，激射頻點為4. ITHz的THzQCL作為發射源，依據其P_V_I 曲線，考慮其發光區域和線性度，確定調制信號中的直流分量為11. 3V，調制信號中音頻信號分量的峰峰值Vp-p為0. 6V。如圖3所示為B1316型號的THzQCL的P-V-I曲線，圖中標尺線標示之處由大到小電壓值依次是11. 6V、11. 3V和11. 0V，在電壓為11. OV-11. 6V區間內 P-I>I-V曲線線性度較好，選取該區間中部電壓值11. 3V作為調制信號直流分量，并將音頻信號分量峰峰值限制在0. 6V內，可使出射光強度與調制信號電壓之間呈現更好的線性關系。(2)根據本發明的調制原理圖做好電路，根據需要調節電路使得輸出電壓(調制信號)中的直流偏置電壓為11.3V，交流信號Vp-p為0.6V左右，以此信號驅動THzQCL，發射出音頻調制THz波。圖1所示的產生調制THz波的系統示意圖中，音頻信號可由麥克風或音樂播放器提供，THzQCL工作在連續波模式。圖2所示的THz波強度調制原理示意圖中，直流偏壓的幅度、音頻信號的峰峰值和功率放大器PA的放大倍數均可調整。圖3為所采用的THzQCL器件的P-V-I曲線，可以看出，在電壓為11V-11.6V區間內，P-V-I曲線線性度較好。本發明中涉及的其他技術屬于本領域技術人員熟悉的范疇，在此不再贅述。上述實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案。任何不脫離本發明精神和范圍的技術方案均應涵蓋在本發明的專利申請范圍當中。
權利要求
1.一種產生音頻調制THz波的方法，其特征在于該方法采用太赫茲量子級聯激光器作為輻射源，對其進行強度調制，將音頻信號加載到THz波上。
2.根據權利要求1所述的產生音頻調制THz波的方法，其特征在于使所述太赫茲量子級聯激光器工作在連續模式。
3.根據權利要求1所述的產生音頻調制THz波的方法，其特征在于采用激射頻率為 2-7THz的太赫茲量子級聯激光器作為輻射源。
4.根據權利要求1所述的產生音頻調制THz波的方法，其特征在于將音頻信號加載到THz波上的方法為將輸入的音頻信號放大，然后與一直流偏置電壓信號疊加，再將疊加后的電壓信號放大，用該放大后的電壓信號作為調制信號來驅動太赫茲量子級聯激光器，產生調制THz波。
5.根據權利要求4所述的產生音頻調制THz波的方法，其特征在于采用功率放大器放大所述疊加后的電壓信號。
6.根據權利要求4所述的產生音頻調制THz波的方法，其特征在于依據所述太赫茲量子級聯激光器的P-V-I曲線的發光區域和線性度，確定所述調制信號中的直流電壓分量和音頻信號的峰峰值。
7.根據權利要求4所述的產生音頻調制THz波的方法，其特征在于采用激射頻點為 4. ITHz的太赫茲量子級聯激光器作為輻射源，使所述調制信號中的直流分量為11. 3V，音頻信號的峰峰值為0. 6V。
8.—種產生音頻調制THz波的裝置，其特征在于，包括作為輻射源的太赫茲量子級聯激光器及其調制電路；所述調制電路包括依次連接的音頻信號放大電路、音頻信號與直流偏壓信號的疊加電路、疊加信號的功率放大電路。
9.根據權利要求8所述的產生音頻調制THz波的裝置，其特征在于所述太赫茲量子級聯激光器工作在連續模式，其激射頻率為2-7THZ。
10.根據權利要求9所述的產生音頻調制THz波的裝置，其特征在于所述太赫茲量子級聯激光器的激射頻點為4. ITHz。
全文摘要
本發明公開了一種產生音頻調制THz波的方法和裝置，適用于未來的THz通信應用。該方法采用太赫茲量子級聯激光器作為輻射源，對其進行強度調制，將音頻信號加載到THz波上。該裝置包括作為輻射源的太赫茲量子級聯激光器及其調制電路；所述調制電路包括音頻信號放大電路、音頻信號與直流偏壓信號的疊加電路、疊加信號的功率放大電路。采用該方法及裝置可以產生2-7THz頻段的調制THz波，目前該頻段尚未分配使用；所采用的太赫茲量子級聯激光器能量轉換效率高、體積小、易集成，可大規模生產。
文檔編號H04L27/04GK102394848SQ20111004506
公開日2012年3月28日 申請日期2011年2月25日 優先權日2011年2月25日
發明者曹俊誠, 譚智勇, 陳鎮, 韓英軍 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所