[發明專利]基于表面等離子體共振的太赫茲發射器

無效

• 申請號: 201010596150.5
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102157883A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 鐘舜聰;沈耀春
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于物理光電子技術領域，特別涉及基于表面等離子體共振的太赫茲發射器。

背景技術

太赫茲輻射在19世紀已經被人們所認識，但是，由于受到有效太赫茲發射器和靈敏探測器的限制，對于太赫茲波段的研究一直是空白，這個波段被稱為“太赫茲空隙”。近年來，隨著一系列新技術和新材料的發展，特別是超快技術的發展，使得太赫茲成為全球研究的熱點。2004年，美國政府將太赫茲科技評為“改變未來世界的十大技術”之四，而日本2005年也將太赫茲技術列為“國家支柱十大重點戰略目標”之首，舉全國之力進行研發。目前它在炸藥檢測、生物醫學、藥片檢測、航天材料、機場安檢等領域有相當重要的嶄新應用。

當前，最常用的太赫茲發射器是帶偏置電壓的光電導天線，它可以由飛秒激光激發寬帶的太赫茲輻射。最經典的太赫茲發射器結構是在低溫生長的砷化鎵上鍍上金薄膜（即天線），這天線中間帶有間隙，在天線需加上偏置直流電壓。當飛秒激光照在天線間隙上時，會產生光生載流子，這些光生載流子在偏置電場下加速就會產生太赫茲輻射。通常需要一個硅透鏡來提高太赫茲輻射的耦合效率。這種光電導式太赫茲發生器普遍運用于太赫茲光譜和成像系統，但是它只能產生有限功率的太赫茲輻射，這就限制了太赫茲技術在一些高功率的應用場合。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于表面等離子體共振的太赫茲發射器，本發明利用表面等離子體共振的原理，可以增強入射飛秒激光的強度，從而使得產生的太赫茲輻射強度得到增強，本發明適合高功率的太赫茲應用場合。

本發明的特征在于：一種基于表面等離子體共振的太赫茲發射器，包括砷化鎵基板，其特征在于：所述砷化鎵基板朝向飛秒激光脈沖的一側面兩端設有正、負極鍍金薄膜，在飛秒激光脈沖入射方向的兩旁分別設有用于產生等離子體共振的圓柱形金屬桿和具有錐形頭部的錐形頭金屬桿，所述錐形頭金屬桿的錐形頭部與圓柱形金屬桿之間設有納米級或微米級間隙。

上述基板的另一側面連接有半球形硅透鏡。

上述鍍金薄膜為蝶形表面鍍金薄膜。

本發明是利用表面等離子體共振方法導致局部電磁增強的原理來增強入射飛秒激光的強度，從而使得產生的太赫茲輻射強度得到增強。

本發明可以用于以下兩個應用：

1）在相同條件下，使用本發明的太赫茲發射器，可以在使用低功率的飛秒激光器的情況下獲得大功率飛秒激光器在普通太赫茲發射器上所能獲得的太赫茲輻射，這樣就可以節省飛秒激光器的費用，從而節省太赫茲高額的研發費用；

2）在一些需要高功率太赫茲的應用場合，可以使用本發明的發射器來提高太赫茲輻射功率。

附圖說明

圖1為本發明實施例的構造示意圖。

圖2為圖1的左視結構示意圖。

圖3為本發明實施例的納米級錐-柱型金屬桿電場增強特性。

圖中：1砷化鎵基板；?2蝶型表面鍍金薄膜A；3蝶型表面鍍金薄膜B；4半球型硅透鏡；5圓柱形金屬桿；6錐形頭金屬桿；7飛秒激光；8太赫茲輻射。

具體實施方式

為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。

參考圖1和圖2，本發明專利包括砷化鎵基底（1）、蝶型表面鍍金薄膜A（2）、蝶型表面鍍金薄膜B（3）、半球型硅透鏡（4）、圓柱形金屬桿（5）和具有錐形頭部的錐形頭金屬桿（6）。蝶型表面鍍金薄膜A（2）和蝶型表面鍍金薄膜B（3）組成光電導天線。蝶型表面鍍金薄膜A（2）接直流電源正極，蝶型表面鍍金薄膜B（3）接直流電源負極。本發明的太赫茲發射器特有的錐形頭金屬桿（6）和圓柱形金屬桿（5）及其間隙可以是納米級或微米級的尺寸，當飛秒激光照到該結構的間隙上時會產生表面等離子體共振現象，增強了入射飛秒激光的強度。增強后的飛秒激光脈沖照在砷化鎵基底（1）上，就會產生數量更多能量更大的光生載流子，這些光生載流子在電場的作用下加速就會激發出更強太赫茲輻射。半球型硅透鏡（4）是為了增加太赫茲輻射的耦合效率。

本發明的工作過程大致如下：

當飛秒激光脈沖照在錐形頭金屬桿（6）和圓柱形金屬桿（5）之間的縫隙，由于在結構上產生表面等離子體共振，從而導致入射飛秒激光的強度得到增強。增強后的入射飛秒激光照在砷化鎵基底（1）上就會產生光生載流子，在蝶型表面鍍金薄膜A（2）和蝶型表面鍍金薄膜B（3）組成的天線所加的直流電壓所產生的偏置電場使得這些光生載流子加速，從而產生太赫茲輻射，最后利用半球型硅透鏡（4）來提高太赫茲輻射的耦合效率。