CN107171166B - 太赫兹量子级联激光器锁相系统及方法 - Google Patents

太赫兹量子级联激光器锁相系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太赫兹量子级联激光器锁相系统及锁相方法，锁相系统包括：太赫兹光源模块，用于实现太赫兹信号的输出；太赫兹信号下变频模块，与太赫兹光源模块相连接，用于接收所述太赫兹信号并产生太赫兹信号的拍频信号；锁相模块，与太赫兹信号下变频模块相连接，用于接收所述拍频信号并产生驱动补偿信号，所述驱动补偿信号输入至太赫兹光源模块，用于实现太赫兹量子级联激光器的锁相。通过上述方案，本发明率先采用太赫兹量子阱探测器对太赫兹信号进行下变频，实现快速准确的提取混频信号；选用多模太赫兹量子级联激光器代替传统的射频倍频链太赫兹本振源，利用自身的拍频信号实现下变频显著降低了锁相技术系统构建的难度与复杂度。

Description

太赫兹量子级联激光器锁相系统及方法
技术领域
本发明属于光学应用技术领域，特别是涉及一种太赫兹量子级联激光器锁相系统及方法。
背景技术
太赫兹(Terahertz,THz)波在电磁波谱中位于毫米波和远红外射线之间，在公共安全，通信传输，生物医学，产品质量控制和大气环境监测等领域展现出极大的应用潜力和价值。在众多的THz研究方向中，THz光源被视为最为重要的技术基础。一个性能稳定的THz光源，将会大幅提高相关THz应用技术及系统的实际效果，如THz成像分辨率，THz通信带宽及光谱识别效率等均与THz光源品质息息相关。在众多的THz光源中，THz QCL以其高输出功率，高频谱质量和体积小易集成的特点在THz领域里被广泛研究。目前，THz QCL的频谱覆盖范围已经实现了1.2～5.2THz频段的覆盖，最高工作温度已经达到200K,连续波输出功率超过100mW，脉冲输出峰值功率超过1W，等等，同时通过引入调谐技术，THz QCL已经实现的300GHz的频谱带宽输出，使其在高精度光谱领域的应用成为了现实。
然而，THz QCL的稳定性一直是THz领域内的重点研究课题，THz QCL属于子带间跃迁的半导体激光器，其跃迁能级差小，极易受到器件内热效应的影响，导致激光器的发射频率不稳定。
为了稳定激光器的发射频率，研究者们进行了大量的研究，到目前为止，采用最多的方式为外混频相位补偿方法，该方法在毫米波频段广泛应用。然而在THz频段沿用此方案进行激光器的频率稳定(即锁相)，有很高的技术要求，主要原因在于以下两点：1)THz频段本身就缺乏能够作为标准的光源，即没有合适本振源，所以目前的方案中绝大部分采用将高稳定性的射频信号进行反复倍频(几十倍)来达到THz频段，并以此来作为本振源；2)高灵敏度及宽带宽混频器，目前适用于THz频段的混频器种类不多，主要的有肖特基二极管(SD)，热电子辐射计(HEB)和非线性晶体等，而且这些混频器性能差异明显，往往具有不同的工作条件和响应特性，适应范围窄。
鉴于THz本振源与高质量混频器的匮乏，目前THz QCL锁相技术中只能采用射频倍频本振源结合超低温混频器的组合方式，但此类方案存在以下几方面不足之处：1)采用射频倍频源作为THz本振源，通常需要进行几十倍倍频才能实现高于2THz的频率输出，倍频链路复杂且成本非常高，此外，多倍频链路的输出功率极低(皮瓦级别)，导致混频效率降低；2)混频器需采用超低温高灵敏度探测器，如工作在极低温度下(低于1K)的热电子探测器，才能实现对微弱信号的有效混频，极低工作温度直接限制了该技术的广泛应用；3)相位补偿机制中带宽限制，通过第一级混频，通常得到的信号在GHz级别，如果直接以此信号进行相位补偿，则对补偿电路的带宽要求太高，需要进行定制化设计，降低了技术的通用性。尽管针对THz QCL锁相技术的改善提出了诸如以常温肖特基二极管为混频器，或是降低倍频链路级数等优化方案，但效果有限。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太赫兹量子级联激光器锁相系统及方法，用于解决现有技术中由于THz本振源与高质量混频器的匮乏导致的链路复杂成本高及混频效率低、通用性差等技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太赫兹量子级联激光器锁相系统，包括：
太赫兹光源模块，包括太赫兹量子级联激光器，用于实现太赫兹信号的输出；
太赫兹信号下变频模块，与所述太赫兹光源模块相连接，用于接收所述太赫兹信号并产生所述太赫兹信号的拍频信号，以实现下变频功能；
锁相模块，与所述太赫兹信号下变频模块相连接，用于接收所述拍频信号，并依据所述拍频信号产生驱动补偿信号，所述驱动补偿信号输入至所述太赫兹光源模块，用于实现所述太赫兹量子级联激光器的锁相。
作为本发明的一种优选方案，所述太赫兹信号下变频模块包括太赫兹量子阱探测器，所述太赫兹量子阱探测器作为混频器，用于获取所述太赫兹信号的拍频信号，所述太赫兹量子阱探测器为AlGaAs/GaAs材料体系的多量子阱结构探测器。
作为本发明的一种优选方案，所述太赫兹信号下变频模块还包括微带线，所述微带线设置于所述太赫兹量子阱探测器顶端，用于导出所述拍频信号，所述拍频信号的频率小于50GHz。
作为本发明的一种优选方案，所述太赫兹信号下变频模块还包括依次连接的放大器及偏置器，其中，所述放大器一端与所述太赫兹量子阱探测器相连接，用于放大所述拍频信号，所述偏置器一端与所述锁相模块相连接，用于将经所述放大器放大的所述拍频信号传输至所述锁相模块。
作为本发明的一种优选方案，所述锁相模块包括拍频信号下变频单元，所述拍频信号下变频单元包括混频器及本振源，其中，所述混频器接收所述太赫兹信号下变频模块产生的所述拍频信号，并将其与所述本振源进行混频得到差频信号，以实现所述拍频信号的下变频，所述本振源的频率与所述拍频信号的频率的差值低于500MHz。
作为本发明的一种优选方案，所述锁相模块还包括相位补偿单元，所述相位补偿单元为PID控制器；所述相位补偿单元与所述拍频信号下变频单元相连接以接收所述差频信号，并将所述差频信号与预设参考信号进行比较，以产生所述驱动补偿信号。
作为本发明的一种优选方案，所述太赫兹量子级联激光器为AlGaAs/GaAs材料体系的多量子阱结构的激光器，其有源区为具有共振声子散射束缚态向连续态跃迁机制的有源区；所述太赫兹量子级联激光器激光光谱为双模模式或多模模式。
本发明还提供一种太赫兹量子级联激光器锁相方法，包括如下步骤：
1)提供一如上述任意一项方案所述的太赫兹量子级联激光器锁相系统；
2)向所述太赫兹量子级联激光器加载驱动信号，以使其产生太赫兹信号；
3)将所述太赫兹信号传输至所述太赫兹信号下变频模块，并产生所述太赫兹信号的拍频信号，实现下变频；
4)将所述拍频信号传输至所述锁相模块，并依据所述拍频信号产生驱动补偿信号，将所述驱动补偿信号叠加至所述驱动信号，所述驱动信号与所述驱动补偿信号共同作用于所述太赫兹量子级联激光器，以实现所述太赫兹量子级联激光器的锁相。
作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，产生所述太赫兹信号的方式为：将所述太赫兹量子级联激光器置于低温冷头中，于所述低温冷头的温度小于20K时，向所述太赫兹量子级联激光器加载所述驱动信号，以使所述太赫兹量子级联激光器发射所述太赫兹信号。
作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，所述太赫兹信号下变频模块包括太赫兹量子阱探测器，其产生所述拍频信号的方式为：将所述太赫兹信号经由离轴抛物面镜传输至所述太赫兹量子阱探测器的光敏面上进行光学混频，以产生所述太赫兹信号的拍频信号；所述太赫兹量子阱探测器进行信号耦合的方式为45°斜面入射方式或光栅结构对入射。
作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，所述驱动补偿信号通过PID控制原理产生。
如上所述，本发明的完整的发明名称，具有以下有益效果：
1)本发明所提供的太赫兹量子级联激光器的锁相系统及方法，率先采用THz QWP对THz频率信号进行下变频，能够实现快速准确的提取混频信号；
2)本发明所提供的太赫兹量子级联激光器的锁相系统及方法，采用多模THz QCL代替传统的射频倍频链THz本振源，利用激光器自身的拍频信号实现下变频显著降低了锁相技术系统构建的难度与复杂度；
3)本发明通过提取多模光谱的拍频信号实现高频THz信号的下变频，替代传统的射频倍频链本振源，大幅降低技术成本与难度，在保留控制精度的同时，显著的降低了THz频段锁相技术及系统的复杂度，改善了传统THz频段锁相技术的缺陷。
附图说明
图1显示为本发明提供的太赫兹量子级联激光器锁相系统的各模块连接关系示意图。
图2显示为本发明提供的太赫兹量子级联激光器锁相系统的结构示意图。
图3显示为本发明提供的太赫兹量子级联激光器锁相系统的太赫兹光源模块产生的太赫兹激光光谱示意图。
图4显示为本发明提供的太赫兹量子级联激光器锁相系统的太赫兹信号下变频模块产生的太赫兹信号的拍频信号的图谱示意图。
图5显示为本发明提供的太赫兹量子级联激光器锁相方法的各步骤流程图。
元件标号说明
1 太赫兹光源模块
11 太赫兹量子级联激光器
12 驱动电源
2 太赫兹信号下变频模块
21 太赫兹量子阱探测器
22 放大器
23 偏置器
24 频谱分析设备
3 锁相模块
31 拍频信号下变频单元
311 本振源
312 混频器
32 相位补偿单元
S1～S4 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图1及图2所示，本发明提供一种太赫兹量子级联激光器锁相系统，包括：
太赫兹光源模块1，包括太赫兹量子级联激光器11，用于实现太赫兹信号的输出；
太赫兹信号下变频模块2，与所述太赫兹光源模块1相连接，用于接收所述太赫兹信号并产生所述太赫兹信号的拍频信号，以实现下变频功能；
锁相模块3，与所述太赫兹信号下变频模块2相连接，用于接收所述拍频信号，并依据所述拍频信号产生驱动补偿信号，所述驱动补偿信号输入至所述太赫兹光源模块1，用于实现所述太赫兹量子级联激光器的锁相。
具体的，所述太赫兹光源模块1用于产生太赫兹信号，作为目标源，其中，所述太赫兹量子级联激光器11作为所述太赫兹光源模块1的核心，用于信号发射。
作为示例，所述太赫兹量子级联激光器21为AlGaAs/GaAs材料体系的多量子阱结构的激光器，其有源区为具有共振声子散射束缚态向连续态跃迁机制的有源区。
作为示例，所述太赫兹光源模块1输出的所述太赫兹信号的光谱特征为双模模式或多模模式。
具体的，所述太赫兹量子级联激光器11的参数可以依实际需求任意设置，并不做具体限制，优选地，为Al0.25Ga0.75As/GaAs多量子阱结构，且其有源区长度为3～9mm，优选为6mm，中心频率为3～6THz，优选为4.27THz。另外，其发射的激光光谱如图3所示，所述太赫兹量子级联激光器21优选为双模工作模式，进一步，其双模的拍频信号为10～20GHz，在本实施例中为15GHz。在本实施例中，产生的所述太赫兹信号的频率位于1～5THz之间。
作为示例，所述太赫兹光源模块1还包括驱动电源12，用于为所述太赫兹量子级联激光器提供驱动信号，以使其产生所述太赫兹信号。
具体的，所述驱动电源12可以为电压驱动或电流驱动，在本实施例中，选择为电流驱动，大小为800～900mA，优选为870mA，且进一步优选为连续波工作模式，当然，所述太赫兹量子级联激光器11也可以采用外部驱动电源产生驱动信号进行驱动，在此不做具体限制。
作为示例，所述太赫兹信号下变频模块2包括太赫兹量子阱探测器21，所述太赫兹量子阱探测器21作为混频器，用于获取所述太赫兹信号的拍频信号。
作为示例，所述太赫兹量子阱探测器21为AlGaAs/GaAs材料体系的多量子阱结构探测器。
作为示例，所述太赫兹信号下变频模块2还包括微带线(图中未示出)，所述微带线设置于所述太赫兹量子阱探测器21顶端，用于导出所述拍频信号。
作为示例，所述拍频信号的频率小于50GHz。
具体的，所述太赫兹量子阱探测器21具备高灵敏度和宽带宽等特点，能够实现快速准确的提取混频信号，且THz QWP的响应半峰与THz QCL的发射光谱匹配(即THz QCL发射光谱位于THz QWP半峰频率范围之内)，在本实施例中，多模THz信号通过传输光路传输至THz QWP光敏面上，THz QWP接收多模THz信号并通过光混频效应产生拍频信号，进一步，THz拍频信号的基频信号由QWP的高频输出端导出，其中，所获取的下变频信号不超过50GHz，以具体的多模激光光谱为准，本实施例中为20GHz，为THz QCL多模之间的拍频信号。
具体的，所述拍频信号的产生方式为：将所述太赫兹信号经由离轴抛物面镜传输至所述太赫兹量子阱探测器21的光敏面上进行光学混频，以产生所述太赫兹信号的拍频信号，其进行信号耦合的方式为45°斜面入射方式或光栅结构对入射，所述太赫兹量子阱探测器21的台面尺寸为400*400um2，工作温度为3～7K，优选为5K，加载的偏置电压为80～140mV，优选为110mV，其对应的QWP的响应率为0.4～0.8A/W，本实施例中为0.65A/W。进一步，所述拍频信号选择为基频信号，并通过高频线(如所述微带线)引出，以进行后续操作。
作为示例，所述太赫兹信号下变频模块2还包括依次连接的放大器22及偏置器23，其中，所述放大器22一端与所述太赫兹量子阱探测器21相连接，用于放大所述拍频信号，所述偏置器23一端与所述锁相模块3相连接，用于将经所述放大器22放大的所述拍频信号传输至所述锁相模块3。
作为示例，所述太赫兹信号下变频模块2还包括频谱分析设备24，用于显示并监测所述拍频信号。
具体的，所述拍频信号还进一步经由所述放大器放大，所述放大器加载的偏置直流信号大小为0.5～2.5A，本实施例中选择为1.46A，然后由梯形偏置器提取高频信号(如所述基频信号)分别传输至所述频谱分析设备(如频谱分析仪)和所述锁相模块中的混频器，所述频谱分析设备显示并监测拍频信号，所述拍频信号如图4所示。
作为示例，所述锁相模块3包括拍频信号下变频单元31，所述拍频信号下变频单元31包括混频器312及本振源311，其中，所述混频器312接收所述太赫兹信号下变频模块2产生的所述拍频信号，并将其与所述本振源311进行混频得到差频信号，以实现所述拍频信号的下变频。
作为示例，所述本振源311的频率与所述拍频信号的频率的差值小于500MHz。
具体的，所述本振源311为射频本振源，其作为所述拍频信号的本振源与所述拍频信号进行混频，得到差频信号(即相位误差信号)，以实现所述拍频信号的下变频，该差频信号会随着THz QCL发射频率的变化而变化(一般地，变化量与目标源的呈线性关系)，用于表征THz QCL频率的稳定性，同时可以降低对所述相位补偿单元中相关电路带宽的需求，使相位补偿易于实现。
具体的，在本实施例中，所述混频器312为微波混频器，当然，也可以为本领域普通技术人员熟知的任意混频器，其中，所述混频器312的偏置电压为2～5V，本实施例选择为3.5V，另外，所述本振源311的频率为12～18GHz，本实施例选择为15.4GHz，经所述微波混频器混频得到的差频信号的频率为90～150MHz，本实施例中为122MHz。
作为示例，所述锁相模块3还包括相位补偿单元32，所述相位补偿单元32与所述拍频信号下变频单元31相连接以接收所述差频信号，并将所述差频信号与预设参考信号进行比较，以产生所述驱动补偿信号。
作为示例，所述相位补偿单元32为PID控制器。
具体的，所述拍频信号下变频模块输出的所述差频信号继续传输至所述相位补偿单元，通过相位补偿单元计算出实时差频信号与参考信号之间的误差，并通过负反馈机制产生相应的电信号用于补偿THz QCL的驱动信号，从而实现频率的稳定输出。另外，所述相位补偿单元采用比例-积分-微分控制原理(即PID原理)，其功能为把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。
在本实施例中，微波混频器混频得到的差频信号频率122MHz，以此频率值作为相位补偿模块中比例-积分-微分控制器的参考值，通过多次参数调试，最终确定PID控制器参数设置如下：比例增益Kc＝0.5，积分时间常数Ti＝3*(1/122MHz)，微分时间常数Td＝(1/3)*(1/122MHz)，PID控制器电流输出端与THz QCL的驱动电流并联之后作用于THz QCL器件上，实现稳定THz QCL频谱的目的。
如图5所示，本发明还提供一种太赫兹量子级联激光器锁相方法，所述锁相方法为采用本实施例提供的锁相系统进行锁相的方法，包括如下步骤：
1)提供一如上述任意方案所述的太赫兹量子级联激光器锁相系统；
2)向所述太赫兹量子级联激光器11加载驱动信号，以使其产生太赫兹信号；
3)将所述太赫兹信号传输至所述太赫兹信号下变频模块2，并产生所述太赫兹信号的拍频信号，实现下变频；
4)将所述拍频信号传输至所述锁相模块3，并依据所述拍频信号产生驱动补偿信号，将所述驱动补偿信号叠加至所述驱动信号，所述驱动信号与所述驱动补偿信号共同作用于所述太赫兹量子级联激光器11，以实现所述太赫兹量子级联激光器的锁相。
作为示例，步骤2)中，产生所述太赫兹信号的方式为：将所述太赫兹量子级联激光器置11于低温冷头中，于所述低温冷头的温度小于20K时，向所述太赫兹量子级联激光器11加载所述驱动信号，以使所述太赫兹量子级联激光器11发射所述太赫兹信号。
具体的，向所述太赫兹量子级联激光器11加载驱动信号，以使其产生太赫兹信号，所述驱动信号可以为电压驱动或电流驱动，在本实施例中，选择为电流驱动，大小为800～900mA，优选为870mA，且进一步优选为连续波工作模式，其发射的激光光谱如图3所示。
作为示例，步骤3)中，所述太赫兹信号下变频模块2包括太赫兹量子阱探测器21，其产生所述拍频信号的方式为：将所述太赫兹信号经由离轴抛物面镜传输至所述太赫兹量子阱探测器21的光敏面上进行光学混频，以产生所述太赫兹信号的拍频信号。
作为示例，所述太赫兹量子阱探测器21进行信号耦合的方式为45°斜面入射方式或光栅结构对入射。
作为示例，所述太赫兹量子阱探测器21的工作温度为3～7K，加载的偏置电压为80～140mV。
具体的，多模THz信号通过传输光路传输至THz QWP光敏面上，THz QWP接收多模THz信号并通过光混频效应产生拍频信号，进一步，THz拍频信号的基频信号由QWP的高频输出端导出，所述太赫兹量子阱探测器21进行信号耦合的方式为45°斜面入射方式或光栅结构对入射，其台面尺寸为400*400um2，工作温度为3～7K，优选为5K，加载的偏置电压为80～140mV，优选为110mV，其对应的QWP的响应率为0.4～0.8A/W，本实施例中为0.65A/W。
作为示例，步骤4)中，所述驱动补偿信号通过PID控制原理产生。
具体的，所述拍频信号下变频模块输出的所述差频信号继续传输至所述相位补偿单元，通过相位补偿单元计算出实时差频信号与参考信号之间的误差，并通过负反馈机制产生相应的电信号用于补偿THz QCL的驱动信号，从而实现频率的稳定输出。另外，所述相位补偿单元采用比例-积分-微分控制原理(即PID原理)，其功能为把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。
在本实施例中，微波混频器混频得到的差频信号频率122MHz，以此频率值作为相位补偿模块中比例-积分-微分控制器的参考值，通过多次参数调试，最终确定PID控制器参数设置如下：比例增益Kc＝0.5，积分时间常数Ti＝3*(1/122MHz)，微分时间常数Td＝(1/3)*(1/122MHz)，PID控制器电流输出端与THz QCL的驱动电流并联之后作用于THz QCL器件上，实现稳定THz QCL频谱的目的。
综上所述，本发明提供一种太赫兹量子级联激光器锁相系统及锁相方法，所述锁相系统包括：太赫兹光源模块，包括太赫兹量子级联激光器，用于实现太赫兹信号的输出；太赫兹信号下变频模块，与所述太赫兹光源模块相连接，用于接收所述太赫兹信号并产生所述太赫兹信号的拍频信号，以实现下变频功能；锁相模块，与所述太赫兹信号下变频模块相连接，用于接收所述拍频信号，并依据所述拍频信号产生驱动补偿信号，所述驱动补偿信号输入至所述太赫兹光源模块，用于实现所述太赫兹量子级联激光器的锁相。通过上述方案，本发明所提供的太赫兹量子级联激光器的锁相系统及方法，率先采用THz QWP对THz频率信号进行下变频，能够实现快速准确的提取混频信号；采用多模THz QCL代替传统的射频倍频链THz本振源，利用激光器自身的拍频信号实现下变频显著降低了锁相技术系统构建的难度与复杂度；通过提取多模光谱的拍频信号实现高频THz信号的下变频，替代传统的射频倍频链本振源，大幅降低技术成本与难度，在保留控制精度的同时，显著的降低了THz频段锁相技术及系统的复杂度，改善了传统THz频段锁相技术的缺陷。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种太赫兹量子级联激光器锁相系统，其特征在于，包括：
太赫兹光源模块，包括太赫兹量子级联激光器，用于实现太赫兹信号的输出；
太赫兹信号下变频模块，与所述太赫兹光源模块相连接，用于接收所述太赫兹信号并产生所述太赫兹信号的拍频信号，以实现下变频功能，其中，所述太赫兹信号下变频模块包括太赫兹量子阱探测器，所述太赫兹量子阱探测器作为混频器，用于获取所述太赫兹信号的拍频信号；
锁相模块，与所述太赫兹信号下变频模块相连接，用于接收所述拍频信号，并依据所述拍频信号产生驱动补偿信号，所述驱动补偿信号输入至所述太赫兹光源模块，用于实现所述太赫兹量子级联激光器的锁相。
2.根据权利要求1所述的太赫兹量子级联激光器锁相系统，其特征在于，所述太赫兹量子阱探测器为AlGaAs/GaAs材料体系的多量子阱结构探测器。
3.根据权利要求2所述的太赫兹量子级联激光器锁相系统，其特征在于，所述太赫兹信号下变频模块还包括微带线，所述微带线设置于所述太赫兹量子阱探测器顶端，用于导出所述拍频信号，所述拍频信号的频率小于50GHz。
4.根据权利要求2所述的太赫兹量子级联激光器锁相系统，其特征在于，所述太赫兹信号下变频模块还包括依次连接的放大器及偏置器，其中，所述放大器一端与所述太赫兹量子阱探测器相连接，用于放大所述拍频信号，所述偏置器一端与所述锁相模块相连接，用于将经所述放大器放大的所述拍频信号传输至所述锁相模块。
5.根据权利要求1所述的太赫兹量子级联激光器锁相系统，其特征在于，所述锁相模块包括拍频信号下变频单元，所述拍频信号下变频单元包括混频器及本振源，其中，所述混频器接收所述太赫兹信号下变频模块产生的所述拍频信号，并将其与所述本振源进行混频得到差频信号，以实现所述拍频信号的下变频，所述本振源的频率与所述拍频信号的频率的差值低于500MHz。
6.根据权利要求5所述的太赫兹量子级联激光器锁相系统，其特征在于，所述锁相模块还包括相位补偿单元，所述相位补偿单元为PID控制器；所述相位补偿单元与所述拍频信号下变频单元相连接以接收所述差频信号，并将所述差频信号与预设参考信号进行比较，以产生所述驱动补偿信号。
7.根据权利要求1所述的太赫兹量子级联激光器锁相系统，其特征在于，所述太赫兹量子级联激光器为AlGaAs/GaAs材料体系的多量子阱结构的激光器，其有源区为具有共振声子散射束缚态向连续态跃迁机制的有源区；所述太赫兹量子级联激光器激光光谱为双模模式或多模模式。
8.一种太赫兹量子级联激光器锁相方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)提供一如权利要求1～7中任意一项所述的太赫兹量子级联激光器锁相系统；
2)向所述太赫兹量子级联激光器加载驱动信号，以使其产生太赫兹信号；
3)将所述太赫兹信号传输至所述太赫兹信号下变频模块，并产生所述太赫兹信号的拍频信号，实现下变频；
4)将所述拍频信号传输至所述锁相模块，并依据所述拍频信号产生驱动补偿信号，将所述驱动补偿信号叠加至所述驱动信号，所述驱动信号与所述驱动补偿信号共同作用于所述太赫兹量子级联激光器，以实现所述太赫兹量子级联激光器的锁相。
9.根据权利要求8所述的太赫兹量子级联激光器锁相方法，其特征在于，步骤2)中，产生所述太赫兹信号的方式为：将所述太赫兹量子级联激光器置于低温冷头中，于所述低温冷头的温度小于20K时，向所述太赫兹量子级联激光器加载所述驱动信号，以使所述太赫兹量子级联激光器发射所述太赫兹信号。
10.根据权利要求8所述的太赫兹量子级联激光器锁相方法，其特征在于，步骤3)中，所述太赫兹信号下变频模块包括太赫兹量子阱探测器，其产生所述拍频信号的方式为：将所述太赫兹信号经由离轴抛物面镜传输至所述太赫兹量子阱探测器的光敏面上进行光学混频，以产生所述太赫兹信号的拍频信号；所述太赫兹量子阱探测器进行信号耦合的方式为45°斜面入射方式或光栅结构对入射。
11.根据权利要求8所述的太赫兹量子级联激光器锁相方法，其特征在于，步骤4)中，所述驱动补偿信号通过PID控制原理产生。
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