DE102006058395B4 - Anordnung zur elektrischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen - Google Patents

Anordnung zur elektrischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen Download PDF

Info

Publication number
DE102006058395B4
DE102006058395B4 DE102006058395A DE102006058395A DE102006058395B4 DE 102006058395 B4 DE102006058395 B4 DE 102006058395B4 DE 102006058395 A DE102006058395 A DE 102006058395A DE 102006058395 A DE102006058395 A DE 102006058395A DE 102006058395 B4 DE102006058395 B4 DE 102006058395B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
arrangement according
thz
phase
chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102006058395A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006058395A1 (de
Inventor
Dr. Sartorius Bernd
Dr. Feiginov Michael
Cezary Sydlo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Technische Universitaet Darmstadt
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Technische Universitaet Darmstadt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, Technische Universitaet Darmstadt filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102006058395A priority Critical patent/DE102006058395B4/de
Priority to US12/517,732 priority patent/US8064740B2/en
Priority to PCT/EP2007/010411 priority patent/WO2008067957A2/de
Publication of DE102006058395A1 publication Critical patent/DE102006058395A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006058395B4 publication Critical patent/DE102006058395B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/505—Laser transmitters using external modulation
    • H04B10/5053—Laser transmitters using external modulation using a parallel, i.e. shunt, combination of modulators
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/505—Laser transmitters using external modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/505—Laser transmitters using external modulation
    • H04B10/5051—Laser transmitters using external modulation using a series, i.e. cascade, combination of modulators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06226—Modulation at ultra-high frequencies
    • H01S5/0623—Modulation at ultra-high frequencies using the beating between two closely spaced optical frequencies, i.e. heterodyne mixing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

Anordnung zur elektro-optischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen, – mit wenigstens zwei einmodigen Halbleiterlasern mit unterschiedlicher Wellenlänge zur Erzeugung von Schwebungssignalen mit einer vorbestimmten THz-Frequenz, – von denen mindestens einer elektrisch in der Wellenlänge abstimmbar ist, – und mit Mitteln zur Überlagerung der beiden Laserwellen, sodass an zwei Ausgängen die Schwebungssignale anliegen, – sowie mit mindestens einem Mittel zur Einstellung der relativen Phasenlage der Schwebungssignale an einem Ausgang zur Ansteuerung eines THz-Senders und an dem anderen Ausgang zur Ansteuerung eines Lokal-Oszillators im THz-Empfänger zueinander, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Einstellung der Phasenlage der Schwebungssignale ein elektrisch ansteuerbarer Halbleiter-basierter Phasenmodulator (4.1) ist, der in einem Lichtpfad zwischen einem der Laser (1 oder 2) und dem Mittel (K3.1 oder K3.2) zur Überlagerung der beiden Laserwellen angeordnet ist, – und dass der Phasenmodulator so angepasst ist, dass die Phase der Laserwelle um...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektro-optischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen, mindestens aufweisend zwei einmodige Halbleiterlaser mit einer relativen Wellenlängen-Differenz zueinander zur Erzeugung von Schwebungssignalen mit der gewünschten THz-Frequenz und von denen mindestens einer elektrisch in der Wellenlänge abstimmbar ist, weiterhin aufweisend Mittel zur Überlagerung der beiden Laserwellen und zur Erzeugung von überlagerten Schwebungssignalen an zwei Ausgängen, wobei ein Schwebungssignal an einem Ausgang der Ansteuerung eines THz-Senders und ein anderes Schwebungssignal am anderen Ausgang der Ansteuerung eines Lokal-Oszillators im THz–Empfänger dient, sowie mindestens einem Mittel zur Einstellung der relativen Phasenlage der Schwebungssignale an den Ausgängen für THz-Sender bzw. Lokal-Oszillator zueinander.
  • Derartige Anordnungen werden im Bereich elektromagnetischer Strahlung zwischen 0,3 THz und 10 THz, im so genannten Terahertz-Bereich, z. B. in der Sicherheitstechnik, Analytik, Spektroskopie angewendet. Hierbei stellen abstimmbare Sender und empfindliche Detektionstechniken einen Engpass dar. Mit obiger Ansteuerung sollen Homodyn-Messtechniken zur empfindlichen Detektion von THz Signalen ermöglicht werden.
  • Elektronischen Lösungen sind bei diesen hohen Frequenzen Grenzen gesetzt, und für optische Generation (Laser) und Detektion der Strahlung stellt die kleine Photonenenergie (kleiner oder nahe kT der Wärmestrahlung bei Raumtemperatur) ein Problem dar. Die benötigte starke Kühlung von z. B. Quanten-Kaskaden Lasern und Bolometer-Detektoren führt zu teuren und unhandlichen THz Systemen.
  • Eine zunehmend favorisierte flexible und kompakte Lösung für Terahertz-Messsysteme ist in International Journal of Infrared and Millimeter Waves, Vol. 26, No. 2, February 2005, 201–207, insbesondere in beschrieben. Zwei Laser gleicher Polarisation aber unterschiedlicher Wellenlänge werden unter Nutzung eines Strahlteilers überlagert. Es entsteht ein Leistungs-Schwebungssignal mit einer Frequenz, die mit der Wellenlängendifferenz der beiden Laser korreliert. Durch geeignete Wahl der Laserwellenlängen oder durch Wellenlängen-Abstimmung eines der Laser kann die Schwebungsfrequenz sehr einfach eingestellt werden und z. B. innerhalb des interessierenden THz-Bereichs variiert werden. Die Leistungs-THz-Schwebung wird in einem nachgeschalteten so genannten Photomischer – z. B. einem ultraschnellen Photoleiter – opto-elektrisch gewandelt, mit dem Photostromsignal werden Ladungsträgerbewegungen in einer integrierten Antenne erzeugt, und von dieser wird schließlich THz-Strahlung der Schwebungsfrequenz emittiert.
  • Zur empfindlichen Homodyn-Detektion der THz-Strahlung dient auf der Empfängerseite eine ähnliche Konfiguration. Die Antenne empfängt in diesem Fall die THz-Strahlung. Das optische Schwebungssignal des zweiten Ausgangs wird als Lokal-Oszillator (LO) in den Photomischer eingestrahlt. Im Photomischer entsteht so ein Mischprodukt zwischen THz-Welle und LO-Signal, welches als Messgröße detektiert wird. Die Größe des Mischproduktes hängt von der Stärke der beteiligten Signale, aber auch von der relativen Phasenlage der THz-Strahlung zum Lokaloszillator ab. Die relative Phasenlage wird deshalb in kleinen Schritten in einem Bereich größer als π mit Hilfe des Mittels zur Phasen-Einstellung variiert, und für die verschiedenen Phasenkorrelationen wird die Größe des Mischproduktes THz-Welle – LO gemessen. Der Modulationshub des Mischproduktes über die Phasenvariation wird ermittelt, und dieser ermittelte Wert ist dann das Maß für die Leistung und Phase der THz-Strahlung.
  • Für die Bestimmung der Leistung bei einer einzigen THz-Frequenz und einem einzigen Orts-Punkt ist so eine ganze Mess-Serie mit Variation der Phasenkorrelation erforderlich. Die Geschwindigkeit des Mittels zur Phasen-Einstellung beeinflusst deshalb die Messgeschwindigkeit entscheidend.
  • Realisiert wird die Phasenvariation bisher durch eine mechanisch bewegte Verzögerungsleitung im mm-Bereich, entsprechend der Wellenlänge der THz-Strahlung.
  • Phasenmodulationen mit mechanischen Verzögerungsleitungen haben jedoch die folgenden Nachteile:
    • – Die Mechanik ist langsam und somit die Messgeschwindigkeit sehr klein. Insbesondere bei Messung eines weiten THz Spektrums sowie bei bildgebenden Scan-Verfahren, die eine hohe Messgeschwindigkeit in „Video Rate” erfordern, ist dies nicht akzeptabel.
    • – Langsam heißt auch, dass Integrationstechniken zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses nicht optimal einsetzbar sind. Die Empfindlichkeit bei schwachen Signalen ist somit eingeschränkt.
    • – Mechanische Verzögerungsleitungen sind voluminös und wenig stabil.
    • – Fein-mechanische Präzisionskomponenten sind teuer.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine preisgünstige und kompakte Anordnung zur elektrischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen anzugeben, die stabil ist, ohne mechanische Bewegungen auskommt und mit rein elektrischer Ansteuerung bei geringem Leistungsverbrauch und mit hohem Geschwindigkeitspotential für die Phasenmodulation arbeitet.
  • Die Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das mindestens eine Mittel zur Einstellung der Phasenlage der Schwebungssignale ein elektrisch ansteuerbarerer Halbleiter-basierter Phasenmodulator für den spektralen Bereich einer Laserwelle ist, der in einem individuellen Lichtpfad zwischen einem der Laser und dem Mittel zur Überlagerung der beiden Laserwellen angeordnet ist, und mit dem die Phase der Laserwelle um wenigstens π elektrisch moduliert werden kann, und dass die zwei einmodigen Halbleiterlaser über Wellenleiter mit dem Mittel zur Überlagerung der beiden Laserwellen und zur Erzeugung von überlagerten Schwebungssignalen an den beiden Ausgängen sowie dem Phasenmodulator verbunden und kompakt und phasenstabil auf einem Chip angeordnet sind.
  • Gemäß der Erfindung werden die dem Stand der Technik nach bekannten Komponenten: zwei Laser, Strahlteiler, Koppler und die mechanisch bewegte Verzögerungsleitung ersetzt durch einen kompakten monolithisch oder hybrid integrierten Chip, einem so genannten optischen Master Chip, ohne bewegliche Teile, aufweisend die erfindungsgemäß genannten Mittel, so dass die beiden erzeugten Schwebungssignale zu jeweils unterschiedlichen Chip-Ausgängen für die getrennte Ansteuerung von THz-Sender und Lokal-Oszillator führen.
  • Der Phasenmodulator in einem individuellen Lichtpfad einer Laserwelle verändert die Phasenkorrelation der beiden Laserwellen zueinander. Hierdurch wird auch die Phasenlage des Schwebungssignals und der späteren THz-Welle beeinflusst. Wichtig ist, dass für eine Phasenmodulation des Schwebungssignals und der THz-Welle um π auch die Phase der individuellen Lichtwelle um π moduliert werden muss, da sich Phasenmodulationen des optischen Schwebungssignals 1:1 auf die z. B. in Photomischer bzw. Antenne erzeugte THz-Welle übertragen. In Absolutwerten entspricht dabei eine Phasenänderung π bei einer Lichtwelle mit einer Wellenlänge von z. B. 1,5 μm einer optischen Wegstreckenänderung von ca. 0,75 μm, bei einer THz-Welle dagegen einer Wegstreckenänderung von 100 μm bis 1 mm. Letztere Wegstrecken- bzw. Phasenverschiebungen kann man nur durch optische Verzögerungsstrecken mit mechanischen Bewegungen erreichen, wie dies auch in den bisherigen Aufbauten realisiert wurde. Dagegen sind Phasenmodulationen der Laserwelle um π in Wellenleitern des III-V-Materialsystems sehr leicht und hochfrequent durch Strom- bzw. Ladungsträgerinjektion oder durch angelegte Spannung bzw. elektrische Felder möglich. Strommodulationen von mA oder Spannungsmodulationen im Volt-Bereich in ca. 100 μm langen Phasen-Sektionen ersetzen so voluminöse, relativ langsame und instabilere mechanisch bewegte Verzögerungsleitungen.
  • Entscheidend für die Lösung der Aufgabe ist es weiterhin, dass die gewünschten Phasenmodulationen nicht durch ungewünschte Phasen-Instabilitäten gestört werden. Verbindet man z. B. individuelle Laser über Fasern mit dem Phasenmodulator und dem Koppler, so ist – wie von Interferometern in Faser-Technik bekannt – mit erheblichen Instabilitäten zu rechnen. Es ist deshalb notwendig, das System der zwei Laser mit Phasenmodulator, Kopplern und Lichtführung kompakt und robust aufzubauen, und das heißt, die Komponenten monolithisch oder hybrid auf einem Chip zu integrieren. Dieser integrierte Chip muss für die Realisierung empfindlicher Homodyn/Heterodyn-Messtechniken zwei optische Ausgänge haben: Einen für das Signal der Laser-Schwebung mit Phasenmodulation und einen für das Signal der Laser-Schwebung ohne Phasenmodulation (Lokal-Oszillator). Die Zuordnung dieser beiden Ausgänge zur Ansteuerung von Sender bzw. Empfänger ist dabei nicht erheblich, da es bei obigen Detektions-Techniken nur auf die relative Phasenlage Signal – LO ankommt.
  • Die integrierte Anordnung eines weiteren Phasenmodulators auf dem Chip im individuellen Lichtpfad des zweiten Lasers zwischen diesem und dem Koppler erhöht die Flexibilität der erfindungsgemäßen Lösung.
  • Im gemeinsamen Strahlengang hinter den Kopplern wirken sich Phaseninstabilitäten auf beide Wellen praktisch gleich aus, stören die relative Phasenlage also nicht. Hier können nun Glasfasern zur Verbindung des neuen optischen Master-Chips mit den Photomischern an THz-Sender bzw. Homodyn-Empfänger problemlos eingesetzt werden.
  • Die Integration von Laser und Phasenmodulator ist für die gewünschte THz-Phasenmodulation unerlässlich. Durch Implementierung weiterer Funktionen lässt sich aber auch die gesamte weitere Charakteristik der THz-Strahlung elektrisch und schnell steuern. Wird einer der Laser als abstimmbarer Laser realisiert, so ist hierüber die THz-Frequenz variierbar. Wird vor dem Ausgang zum Sender ein optischer Verstärker integriert, so kann die Leistung eingestellt und – durch elektrische Modulation der Verstärkung – auch schnell moduliert werden, für z. B. Anwendung der Lock-In Technik.
  • Mit dem optischen Master-Chip können so alle Parameter der THz-Welle – Frequenz, Phasenlage, Amplitude – rein elektrisch eingestellt und schnell moduliert werden. Der Chip liefert weiterhin den für empfindliche Homo/Heterodyn-Detektions-Techniken erforderlichen Lokal-Oszillator für die Referenz-Signale am zweiten Ausgang.
  • Besondere Vorteile bietet die Anordnung auch bezüglich des Einsatzes der Lock In Technik. Diese wird eingesetzt, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern und um den Einfluss von Hintergrundstrahlung zu unterdrücken. THz Strahlung und Wärmestrahlung bei Raumtemperatur liegen in einem ähnlichen Energiebereich, und so ist die Lock In Technik bei ungekühlten THz-Systemen unerlässlich. Üblicherweise wird die Leistung des THz-Senders mit einer geeigneten Frequenz moduliert, z. B. durch einen Chopper im optischen Strahlengang. Das Mischprodukt im Empfänger wird dann mit einem Lock-In Verstärker frequenz- und phasenselektiv (zur obigen Modulation) unter Nutzung einer angemessenen Integrationszeit gemessen.
  • Statt der Modulation der Leistung des THz-Senders kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch die Phasenlage der THz-Strahlung sehr hochfrequent angepasst, z. B. an die Lock In Frequenz, und genau um π moduliert werden.
  • Das mittels Lock In gemessene Signal ergibt in diesem Fall direkt den Modulationshub des Mischproduktes, also die mit der gesuchten Leistung der THz-Strahlung direkt korrelierte Größe. Lock In Technik und die Variation der Phasenkorrelation THz-Welle – LO werden in der erfindungsgemäßen Lösung also gleichzeitig und in einem Schritt realisiert, was zu einer weiteren Beschleunigung des Mess- und Auswertevorganges führt und eine Direktanzeige des signifikanten Messwertes ermöglicht.
  • Es ist vorgesehen, die aktiven Komponenten des Chips aus dem Materialsystem III-V, vorzugsweise InGaAsP oder GaAlAs, auszubilden und den Chip in einem der genannten Materialsysteme monolithisch zu integrieren. Der Chip kann aber auch hybrid integriert auf einer Si- oder Polymer-Plattform integriert sein.
  • Die oben beschriebenen und weiteren Ausführungsformen sind den Ausführungsbeispielen und Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.
  • Dabei zeigen
  • 1: ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Laser einseitig emittieren, mit einem Phasenmodulator;
  • 2: ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Laser zweiseitig emittieren, mit einem Phasenmodulator;
  • 3: ein weiteres Ausführungsbeispiel gem. 2 mit einem weiteren Phasenmodulator.
  • Das erste in 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen optischen Master Chip 10 gemäß der Erfindung, bei dem zwei einmodige Halbleiterlaser 1, 2 einseitig Laserwellen unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, die jeweils in einem Strahlteiler S3.1, S3.2 aufgespalten werden. Mittels Phasenmodulator 4.1 wird die Phasenlage des einen Teils der Laserwelle des Lasers 1 moduliert und anschließend mit dem nicht modulierten Teil der Laserwelle des Lasers 2 im Koppler K3.1 überlagert und zum Ausgang 6 geführt. Die beiden anderen nicht modulierten Teile der Laserwellen der Laser 1, 2 werden im Koppler K3.2 überlagert und zum anderen Ausgang 7 geführt. Damit werden die Teile der beiden Laserwellen der Laser 1, 2 einmal ohne und einmal mit Phasenmodulation überlagert und zu jeweils unterschiedlichen Chip-Ausgängen 6, 7 für die getrennte Ansteuerung von THz-Sender und Lokal-Oszillator geführt. Die relative Phasenlage der Schwebungssignale kann so in kleinen Schritten in einem Bereich größer als π mittels Phasenmodulator 4.1 variiert werden. Zwischen dem Koppler K3.1 und dem Ausgang 6 ist ein Amplitudenmodulator 5 angeordnet, mit dem die Leistung des Schwebungssignals in diesem Pfad eingestellt und – durch elektrische Modulation der Verstärkung – auch schnell moduliert wird.
  • Bei dem in 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel emittieren die beiden Laser 1, 2 in zwei Richtungen, so dass bereits zwei Teilstrahlen je Laser 1, 2 vorliegen, von denen wieder im Lichtpfad eines Teilstrahls eines Lasers 1 vor dem Koppler K3.1 der Phasenmodulator 4.1 angeordnet ist. Auch hierbei erfolgt die Überlagerung der Teilstrahlen wie oben beschrieben.
  • Das Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, weist zusätzlich zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel einen weiteren Phasenmodulator 4.2 auf, der im individuellen Lichtpfad des zweiten Lasers 2 zwischen diesem und dem Koppler K3.1 angeordnet ist. Die beiden Laser 1, 2 sind thermisch abstimmbar und weisen Heizmittel 9 auf. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist ein Amplitudenmodulator 5 zwischen dem Koppler K3.1 und dem Ausgang 6 zur Einstellung der Leistung des Schwebungssignals angeordnet.

Claims (19)

  1. Anordnung zur elektro-optischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen, – mit wenigstens zwei einmodigen Halbleiterlasern mit unterschiedlicher Wellenlänge zur Erzeugung von Schwebungssignalen mit einer vorbestimmten THz-Frequenz, – von denen mindestens einer elektrisch in der Wellenlänge abstimmbar ist, – und mit Mitteln zur Überlagerung der beiden Laserwellen, sodass an zwei Ausgängen die Schwebungssignale anliegen, – sowie mit mindestens einem Mittel zur Einstellung der relativen Phasenlage der Schwebungssignale an einem Ausgang zur Ansteuerung eines THz-Senders und an dem anderen Ausgang zur Ansteuerung eines Lokal-Oszillators im THz-Empfänger zueinander, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Einstellung der Phasenlage der Schwebungssignale ein elektrisch ansteuerbarer Halbleiter-basierter Phasenmodulator (4.1) ist, der in einem Lichtpfad zwischen einem der Laser (1 oder 2) und dem Mittel (K3.1 oder K3.2) zur Überlagerung der beiden Laserwellen angeordnet ist, – und dass der Phasenmodulator so angepasst ist, dass die Phase der Laserwelle um wenigstens π elektrisch moduliert werden kann, – und dass die zwei einmodigen Halbleiterlaser (1, 2) über Wellenleiter (8) mit dem Mittel zur Überlagerung der beiden Laserwellen (K3.1, K3.2) und zur Erzeugung von überlagerten Schwebungssignalen an den beiden Ausgängen (6, 7) sowie dem Phasenmodulator (4.1) verbunden und auf einem Chip (10) angeordnet sind.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter (8) derart angeordnet sind, dass die beiden Laserwellen aus je einer Seite der beiden Laser (1, 2) mittels Strahlteilern (S3.1, S3.2) in zwei Teile aufgespalten und nach Durchgang eines Teilstrahls des ersten Lasers (1) durch den Modulator (4.1) mit einem Teilstrahl des zweiten Lasers (2) mittels Koppler (K3.1) überlagert und zum Ausgang (6) geleitet werden, und dass die anderen beiden Teilstrahlen, die den Phasenmodulator (4.1) nicht durchstrahlen, mittels Koppler (K3.2) überlagert und zum anderen Ausgang (7) geleitet werden.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter (8) derart angeordnet sind, dass beide Laserwellen aus beiden Seiten der zwei Laser (1, 2) genutzt werden, so dass die Laserwellen aus einer Seite der beiden Laser (1, 2) nach Durchgang einer Laserwelle des ersten Lasers (1) durch den Phasenmodulator (4.1) mit der Laserwelle des zweiten Lasers (2) mittels Koppler (K3.1) überlagert und zum Ausgang (6) geleitet werden, und die Laserwellen aus der anderen Seite der beiden Laser (1, 2) mittels Koppler (K3.2) überlagert und zu dem anderen Ausgang (7) geleitet werden.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Phasenmodulator (4.2) im individuellen Lichtpfad des zweiten Lasers (2) zwischen Laser (2) und Koppler (K3.2 bzw. K3.1) integriert auf dem Chip (10) angeordnet ist.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem der Koppler (K3.1 oder K3.2) und dem angrenzenden Ausgang (6 oder 7) ein elektrisch ansteuerbarer Amplitudenmodulator (5) integriert auf dem Chip (10) angeordnet ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Amplitudenmodulator (5) ein Halbleiterverstärker ist, dessen Verstärkung elektrisch variierbar und modulierbar ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch der zweite Halbleiterlaser (2) in der Wellenlänge elektrisch abstimmbar ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser rein elektronisch abstimmbare Laser sind.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die rein elektronisch abstimmbaren Laser DBR-Laser sind.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laser thermisch abstimmbar sind.
  11. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenmodulator (4.1, 4.2) auf Brechungsindex-Änderung durch Ladungsträgerinjektion basiert.
  12. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenmodulator (4.1, 4.2) auf Brechungsindex-Änderung durch angelegte elektrische Felder basiert.
  13. Anordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenmodulator (4.1, 4.2) mit hoher Frequenz um π modulierbar ist.
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Komponenten (1, 2, 4.1, 4.2, 5) des Chips (10) auf dem Materialsystem III-V basieren.
  15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Komponenten (1, 2, 4.1, 4.2, 5) des Chips (10) auf dem Materialsystem InGaAsP oder GaAlAs basieren.
  16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (10) monolithisch integriert ist im Materialsystem InGaAsP oder GaAlAs.
  17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (10) hybrid integriert ist auf einer Si-Plattform.
  18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (10) hybrid integriert ist auf einer Polymer-Plattform.
  19. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgängen (6, 7) des Chips (10) mit Glasfasern zur Einkopplung und weiteren Führung der Schwebungssignale verbunden sind.
DE102006058395A 2006-12-07 2006-12-07 Anordnung zur elektrischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen Active DE102006058395B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006058395A DE102006058395B4 (de) 2006-12-07 2006-12-07 Anordnung zur elektrischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen
US12/517,732 US8064740B2 (en) 2006-12-07 2007-11-30 Arrangement for the electro-optical control and fast modulation of THz transmitters and THz measuring systems
PCT/EP2007/010411 WO2008067957A2 (de) 2006-12-07 2007-11-30 Anordnung zur elektro-optischen ansteuerung und schnellen modulation von thz-sendern und thz-messsystemen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006058395A DE102006058395B4 (de) 2006-12-07 2006-12-07 Anordnung zur elektrischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006058395A1 DE102006058395A1 (de) 2008-06-19
DE102006058395B4 true DE102006058395B4 (de) 2012-05-16

Family

ID=39345507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006058395A Active DE102006058395B4 (de) 2006-12-07 2006-12-07 Anordnung zur elektrischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8064740B2 (de)
DE (1) DE102006058395B4 (de)
WO (1) WO2008067957A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8953937B2 (en) 2010-04-30 2015-02-10 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Arrangement for generating a signal having an adjustable time position or phase position

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7936453B2 (en) * 2008-04-04 2011-05-03 Emcore Corporation Terahertz frequency domain spectrometer with integrated dual laser module
GB0807176D0 (en) * 2008-04-18 2008-05-21 Univ Leeds Signal generation
US8604433B2 (en) 2008-05-19 2013-12-10 Emcore Corporation Terahertz frequency domain spectrometer with frequency shifting of source laser beam
US9029775B2 (en) 2008-05-19 2015-05-12 Joseph R. Demers Terahertz frequency domain spectrometer with phase modulation of source laser beam
US7781736B2 (en) * 2008-05-19 2010-08-24 Emcore Corporation Terahertz frequency domain spectrometer with controllable phase shift
DE102010049658A1 (de) * 2010-10-25 2012-04-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Effizienz-verbessertes fasergekoppeltes Terahertzsystem
EP2509173B1 (de) 2011-04-06 2017-09-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Terahertz-System
US8463087B2 (en) 2011-04-06 2013-06-11 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Beat signal generating device for use in a Terahertz system, Terahertz system and use of a beat signal generating device
EP2693630A1 (de) * 2012-07-31 2014-02-05 QIAGEN Lake Constance GmbH Verfahren zum Bereitstellen modulierter Anregungssignale
US9400214B1 (en) 2013-03-15 2016-07-26 Joseph R. Demers Terahertz frequency domain spectrometer with a single photoconductive element for terahertz signal generation and detection
US9103715B1 (en) 2013-03-15 2015-08-11 Joseph R. Demers Terahertz spectrometer phase modulator control using second harmonic nulling
US9086374B1 (en) 2014-04-25 2015-07-21 Joseph R. Demers Terahertz spectrometer with phase modulation and method
US9404853B1 (en) 2014-04-25 2016-08-02 Joseph R. Demers Terahertz spectrometer with phase modulation
US9239264B1 (en) 2014-09-18 2016-01-19 Joseph R. Demers Transceiver method and apparatus having phase modulation and common mode phase drift rejection
US9429473B2 (en) 2014-10-16 2016-08-30 Joseph R. Demers Terahertz spectrometer and method for reducing photomixing interference pattern
EP3144664B1 (de) 2015-09-15 2021-10-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. System und verfahren zur bestimmung der eigenschaften eines objekts oder einer probe
US10082627B2 (en) * 2016-11-15 2018-09-25 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for providing terahertz waves
EP3821505A4 (de) * 2018-07-13 2022-07-06 The Government of the United States of America as represented by the Secretary of the Navy Hochstabile halbleiterlaser und sensoren für iii-v- und silicium-photonische integrierte schaltungen
CN110160573B (zh) * 2019-07-08 2022-03-25 山东省科学院激光研究所 艾赫兹超快调制脉冲扫描激光器及分布式光纤传感系统
CN114122727B (zh) * 2021-12-03 2023-03-21 电子科技大学长三角研究院(湖州) 一种利用反相干涉原理的太赫兹幅度调制器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69221129T2 (de) * 1991-11-27 1998-03-05 Hughes Aircraft Co Monolithish integrierter optischer Zeitverzögerungskreis für Antennenstrahlsteuerung
WO2000036718A1 (en) * 1998-12-15 2000-06-22 Nortel Networks Corporation Generation of short optical pulses using strongly complex coupled dfb lasers
DE69610675T2 (de) * 1995-08-28 2001-05-03 Toshiba Kawasaki Kk Monolitisch-integrierte Anordnung von lichtemittierendem Element und externem Modulator/lichtempfindlichem Element
WO2006123163A1 (en) * 2005-05-18 2006-11-23 The Centre For Integrated Photonics Limited Method to generate and detect terahertz radiation

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5280549A (en) * 1993-02-05 1994-01-18 National Research Council Of Canada Frequency dependent optical isolator
US5710651A (en) 1995-12-13 1998-01-20 California Institute Of Technology Remote millimeter-wave antenna fiber optic communication system using dual optical signal with millimeter-wave beat frequency
US6545785B1 (en) * 1999-04-01 2003-04-08 Trw Inc. Optical communication system with phase modulation
DE60225601T2 (de) 2002-06-21 2009-04-02 Telecom Italia S.P.A. Millimeterwellensender unter verwendung von einem optischen mischer , und verfahren dazu

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69221129T2 (de) * 1991-11-27 1998-03-05 Hughes Aircraft Co Monolithish integrierter optischer Zeitverzögerungskreis für Antennenstrahlsteuerung
DE69610675T2 (de) * 1995-08-28 2001-05-03 Toshiba Kawasaki Kk Monolitisch-integrierte Anordnung von lichtemittierendem Element und externem Modulator/lichtempfindlichem Element
WO2000036718A1 (en) * 1998-12-15 2000-06-22 Nortel Networks Corporation Generation of short optical pulses using strongly complex coupled dfb lasers
WO2006123163A1 (en) * 2005-05-18 2006-11-23 The Centre For Integrated Photonics Limited Method to generate and detect terahertz radiation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8953937B2 (en) 2010-04-30 2015-02-10 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Arrangement for generating a signal having an adjustable time position or phase position

Also Published As

Publication number Publication date
US20100080505A1 (en) 2010-04-01
US8064740B2 (en) 2011-11-22
DE102006058395A1 (de) 2008-06-19
WO2008067957A3 (de) 2008-10-30
WO2008067957A2 (de) 2008-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006058395B4 (de) Anordnung zur elektrischen Ansteuerung und schnellen Modulation von THz-Sendern und THz-Messsystemen
DE69912969T2 (de) Optischer phasendetektor
DE3643553C2 (de) Vorrichtung zum Erzeugen und Wobbeln optischer Frequenzen
EP0826254B1 (de) Optischer frequenzgenerator
DE10297037B4 (de) Ausbreitungsmessvorrichtung und Ausbreitungsmessverfahren
DE60222889T2 (de) Wellenlängensteuerung mit dither-modulation und rückkopplung
DE102011000963A1 (de) Pulslaser, Laser mit stabilisierter optischer Frequenz, Messverfahren und Messvorrichtung
EP0795121A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur messung von lichtbündeln
DE3643569A1 (de) Analysator fuer optische frequenzen
DE2934191C2 (de)
EP2488917B1 (de) ANORDNUNG ZUM ERZEUGEN EINES THz-SIGNALS MIT EINSTELLBARER ZEIT- ODER PHASENLAGE
DE19746326C2 (de) Vorrichtung zum Messen der Verformung einer optischen Faser
EP3329288B1 (de) Vektorieller netzwerkanalysator
DE69433106T2 (de) Photodetektorvorrichtung für ein streuendes Medium mit Phasendetektion
WO1994017575A1 (de) Phasengesteuertes fraktales lasersystem
DE102008058017B4 (de) Wellenlängenmesser und zugehöriges Verfahren
DE69832560T2 (de) FM-Modulator
DE69720164T2 (de) Optisches Interferometer und Signalsynthesierer mit Verwendung des Interferometers
EP3088844B1 (de) Faseroptisches system und verfahren zur reduktion von biasfehlern in einem solchen faseroptischen system
DE102006028953B4 (de) Wellenlängenmonitor
DE60204497T2 (de) Optisch abtastendes Wellenform-Messgerät mit hoher Bandbreite
DE102019124599B4 (de) Verfahren zum erfassen eines objekts und lidarsystem
EP0302275A2 (de) Vorrichtung zum Detektieren intensitätsmodulierter Lichtsignale
EP3792606B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur nichtlinearen spektroskopie an einer probe
DE1623518A1 (de) Verfahren und Einrichtung zum Messen von Entfernungen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120817