太赫兹量子级联激光器调制技术及实时视频传输演示

在太赫兹（THz）基础理论、THz量子级联激光器(QCL)的研制、THzQCL的调制以及THz实时视频传输演示验证等方面进行多层次的综合研究。具体包括：(1)发展THz频段的平衡方程理论，研究THzQCL的多体效应等基本物理问题；(2)基于蒙特卡洛方法的THzQCL器件设计和高频特性研究，考虑载流子-杂质、载流子-声子以及载流子-载流子散射过程，对THzQCL进行优化设计；(3)生长异质结构界面质量良好的 THzQCL材料,采用高效散热封装工艺，研制功率大于25mW的THzQCL器件，改善THzQCL的光束质量；(4)研制THzQCL的高频调制电路并实现基于THzQCL的实时视频传输演示。本项目研究有望在上述四个方面取得标志性的成果，对发展性能良好的THzQCL以及我国具有自主知识产权的THz信息传输系统具有重要意义。

太赫兹(THz)波在信息科学和生物医学等领域具有重要应用前景。长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，导致THz频段的电磁波未得到充分的研究和应用，是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。随着现代通信技术对带宽和通信速率等的需求越来越高，THz波在未来高速宽带通信领域显示出重大的应用价值。THz量子级联激光器（QCL）是一种全固态激光器，具有良好的时间响应特性，适合于THz 通信系统的信号发射源。由于THz QCL出现的时间较短，其工作温度和激射功率等关键技术指标亟需提高。同时，THz高速通信技术也面临很多技术难点。.本项目针对THz QCL的基本科学问题、THz高速调制以及THz波的信息传输技术开展研究工作。建立了THz 频段的平衡方程理论，研究了THz QCL相关的基本科学问题，开发基于蒙特-卡洛方法的THz QCL器件设计和动态特性模拟程序，对THz QCL有源区进行优化设计。通过优化材料生长过程，提高控制精度，利用分子束外延技术生长了高质量的THz QCL材料；解决了器件研制的关键工艺过程，提升了THz QCL器件激射性能，测得连续波最大输出功率大于70mW；开发了THz QCL调制电路和THz量子阱探测器（QWP）接收端信号处理电路，设计并搭建了基于THz QCL和THz QWP的视频通信演示系统，成功实现了基于THz波的实时视频信号的传输演示，传输距离为2米，传输速率达到12Mbps，为基于THz波的高速大容量数据传输奠定了基础。