专利名称：一种产生音频调制THz波的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种产生音频调制THz波的方法和装置，特别涉及THz量子级联激光器的模拟强度调制方法。属于半导体光电器件应用技术领域。
背景技术：
根据Edholm的带宽定律，在过去25年内，短距离无线通信系统的带宽需求每隔18 个月翻一番。为了满足日益增长的带宽需求，其中一种方法是通过采用更先进的调制技术提高频带利用率，通过采用多种复用方式来增加信道容量，但香农定理告诉我们，这种方法提供的数据传输能力依旧有限。为了提供足够的带宽，人们需要采用更高的载频，这就延伸到了 THz 频段(0. 1 IOTHz)。THz辐射源是THz频段应用的关键器件。在众多THz辐射产生方式中，基于半导体的全固态太赫兹量子级联激光器(THzQCL)由于其能量转换效率高、体积小、轻便和易集成等优点。因此，它一经发明就引起广泛的关注并成为本领域的研究热点。当前，THzQCL研究的重点主要集中在有源区结构的设计、工作温度的提升、连续波工作、高发射光功率、低激射频率以及阈值电流密度的降低等方面。THzQCL可作为THz波辐射源，应用于THz通信系统中，由于THzQCL的调制动态在很大范围内仅由皮秒级的载流子寿命限制，其本征带宽能达到IOOGHz以上。因此，研究基于THzQCL的调制方法，为未来THz高速无线通信奠定基础。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种产生音频调制THz波的方法和装置，适用于未来的THz通信应用。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案—种产生音频调制THz波的方法，该方法采用太赫兹量子级联激光器(THzQCL)作为辐射源，对其进行强度调制，将音频信号加载到THz波上。优选地，使所述太赫兹量子级联激光器(THzQCL)工作在连续模式。优选地，采用激射频率为2-7THZ的太赫兹量子级联激光器(THzQCL)作为辐射源。进一步地，将音频信号加载到THz波上的方法为将输入的音频信号放大，然后与一直流偏置电压信号叠加，再将叠加后的电压信号放大，用该放大后的电压信号作为调制信号驱动太赫兹量子级联激光器(THzQCL)，产生调制THz波。 优选地，采用功率放大器放大所述叠加后的电压信号。优选地，依据所述太赫兹量子级联激光器(THzQCL)的P_V_I曲线的发光区域和线性度，确定所述调制信号中的直流电压分量和音频信号的峰峰值。优选地，采用激射频点为4. ITHz的太赫兹量子级联激光器(THzQCL)作为辐射源， 使所述调制信号中的直流分量为11. 3V，音频信号的峰峰值为0. 6V。一种基于上述方法的产生音频调制THz波的装置，其包括
作为辐射源的太赫兹量子级联激光器(THzQCL)及其调制电路；所述调制电路包括依次连接的音频信号放大电路、音频信号与直流偏压信号的叠加电路、叠加信号的功率放大电路。优选地，所述太赫兹量子级联激光器(THzQCL)工作在连续模式，其激射频率为 2-7THz。优选地，所述太赫兹量子级联激光器(THzQCL)的激射频点为4. ITHz。本发明的有益效果在于产生的调制THz波频段Q-7THZ)目前尚未分配使用；调制装置采用了能量转换效率高、体积小、易集成以及可大规模生产的半导体量子级联激光器；采用了模拟信号强度调制方法，可将音频信号调制到THz载波上，适用于THz波通信应用。
以下是对本发明涉及的各示意图的阐述。图1为实施例中产生调制THz波的装置结构示意图；图2为实施例中THz波强度调制原理示意图；图3为实施例中所采用的THz QCL器件的P_V_I曲线。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明产生音频调制THz波的方法和装置。本发明的发明人经过对太赫兹器件的深入研究，提出一种基于太赫兹量子级联激光器的产生音频调制THz波的方法。如图1所示，该方法采用THzQCL作为辐射源，对其进行强度调制，将音频信号加载到THz波上。具体地，如图2所示，将输入的音频信号放大，然后与一直流偏置电压信号叠加，再将叠加后的电压信号通过功率放大器(PA)放大，用该放大后的电压信号作为调制信号驱动THzQCL，产生调制THz波。其中，调制信号需要由大功率放大器输出，以满足THzQCL较大的工作功率需求。 优选地，依据该THzQCL的P-V-I曲线，根据其发光区域和线性度，来确定调制信号中的直流偏置电压值和音频信号的峰峰值。优选地，采用激射频率为2-7THZ的THzQCL作为辐射源。 其中可以采用激射频点为4. ITHz的THzQCL作为辐射源，使所述THzQCL工作在连续模式， 通过功率放大器的放大使调制信号中直流分量为11. 3V，音频信号峰峰值为0. 6V。基于以上思想，本发明设计了一种产生音频调制THz波的装置，其包括辐射源 THzQCL及其调制电路；所述调制电路包括音频信号放大电路、音频信号与直流偏压信号的叠加电路、叠加信号的功率放大电路。优选地，该THzQCL工作在连续模式，其激射频率为 2-7THz，激射频点为4. ITHz。参阅图1、图2和图3，采用上述方法及装置产生音频调制THz波的具体实施方式
如下(1) THz QCL器件工作温度较低，需要将THzQCL置于机械制冷机的冷头上，制冷温度为IOK0其中，采用型号为B1316，激射频点为4. ITHz的THzQCL作为发射源，依据其P_V_I 曲线，考虑其发光区域和线性度，确定调制信号中的直流分量为11. 3V，调制信号中音频信号分量的峰峰值Vp-p为0. 6V。如图3所示为B1316型号的THzQCL的P-V-I曲线，图中标尺线标示之处由大到小电压值依次是11. 6V、11. 3V和11. 0V，在电压为11. OV-11. 6V区间内 P-I>I-V曲线线性度较好，选取该区间中部电压值11. 3V作为调制信号直流分量，并将音频信号分量峰峰值限制在0. 6V内，可使出射光强度与调制信号电压之间呈现更好的线性关系。(2)根据本发明的调制原理图做好电路，根据需要调节电路使得输出电压(调制信号)中的直流偏置电压为11.3V，交流信号Vp-p为0.6V左右，以此信号驱动THzQCL，发射出音频调制THz波。图1所示的产生调制THz波的系统示意图中，音频信号可由麦克风或音乐播放器提供，THzQCL工作在连续波模式。图2所示的THz波强度调制原理示意图中，直流偏压的幅度、音频信号的峰峰值和功率放大器PA的放大倍数均可调整。图3为所采用的THzQCL器件的P-V-I曲线，可以看出，在电压为11V-11.6V区间内，P-V-I曲线线性度较好。本发明中涉及的其他技术属于本领域技术人员熟悉的范畴，在此不再赘述。上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。
权利要求
1.一种产生音频调制THz波的方法，其特征在于该方法采用太赫兹量子级联激光器作为辐射源，对其进行强度调制，将音频信号加载到THz波上。
2.根据权利要求1所述的产生音频调制THz波的方法，其特征在于使所述太赫兹量子级联激光器工作在连续模式。
3.根据权利要求1所述的产生音频调制THz波的方法，其特征在于采用激射频率为 2-7THz的太赫兹量子级联激光器作为辐射源。
4.根据权利要求1所述的产生音频调制THz波的方法，其特征在于将音频信号加载到THz波上的方法为将输入的音频信号放大，然后与一直流偏置电压信号叠加，再将叠加后的电压信号放大，用该放大后的电压信号作为调制信号来驱动太赫兹量子级联激光器，产生调制THz波。
5.根据权利要求4所述的产生音频调制THz波的方法，其特征在于采用功率放大器放大所述叠加后的电压信号。
6.根据权利要求4所述的产生音频调制THz波的方法，其特征在于依据所述太赫兹量子级联激光器的P-V-I曲线的发光区域和线性度，确定所述调制信号中的直流电压分量和音频信号的峰峰值。
7.根据权利要求4所述的产生音频调制THz波的方法，其特征在于采用激射频点为 4. ITHz的太赫兹量子级联激光器作为辐射源，使所述调制信号中的直流分量为11. 3V，音频信号的峰峰值为0. 6V。
8.—种产生音频调制THz波的装置，其特征在于，包括作为辐射源的太赫兹量子级联激光器及其调制电路；所述调制电路包括依次连接的音频信号放大电路、音频信号与直流偏压信号的叠加电路、叠加信号的功率放大电路。
9.根据权利要求8所述的产生音频调制THz波的装置，其特征在于所述太赫兹量子级联激光器工作在连续模式，其激射频率为2-7THZ。
10.根据权利要求9所述的产生音频调制THz波的装置，其特征在于所述太赫兹量子级联激光器的激射频点为4. ITHz。
全文摘要
本发明公开了一种产生音频调制THz波的方法和装置，适用于未来的THz通信应用。该方法采用太赫兹量子级联激光器作为辐射源，对其进行强度调制，将音频信号加载到THz波上。该装置包括作为辐射源的太赫兹量子级联激光器及其调制电路；所述调制电路包括音频信号放大电路、音频信号与直流偏压信号的叠加电路、叠加信号的功率放大电路。采用该方法及装置可以产生2-7THz频段的调制THz波，目前该频段尚未分配使用；所采用的太赫兹量子级联激光器能量转换效率高、体积小、易集成，可大规模生产。
文档编号H04L27/04GK102394848SQ20111004506
公开日2012年3月28日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者曹俊诚, 谭智勇, 陈镇, 韩英军 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所