[發明專利]一種連續調節太赫茲波中心頻率和頻譜寬度的方法

有效

• 申請號: 201210403678.5
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102879971A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 彭滟;朱亦鳴;周云燕;方丹;洪淼;張益彬;蔡斌;陳麟;莊松林
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/37
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種電磁波調整技術，特別涉及一種連續調節太赫茲波中心頻率和頻譜寬度的方法。

背景技術

近幾十年來，太赫茲波以其廣泛的應用前景，已成為國際上物理領域的一個重要研究課題。太赫茲輻射是頻率在0.1到10?THz范圍的電磁波，這一波段位于微波與紅外之間，具有攜帶信息量豐富、高時空相干性、低光子能量等特性，在天文、生物、計算機、通信等科學領域有著巨大的應用價值。目前，主要的應用研究有太赫茲時域光譜技術、太赫茲成像技術、安全檢查、太赫茲雷達、天文學、通信技術。

目前，寬帶太赫茲脈沖的產生主要有光電導天線激發、光整流方法和非線性傳輸線這三種方法。

光電導天線激發是利用光子能量大于半導體材料禁帶寬度的超短激光脈沖泵浦電場偏置的半導體,使其內部激發載流子,產生電子-空穴對。它們在外加電場作用下加速運動，形成一個瞬態光電流，然后通過一個天線在短時間內向自由空間傳播太赫茲電磁波。探測和產生所用的設備相同，只是光電導體不需要加偏置電壓。太赫茲電磁波發射系統的性能主要決定于三個因素:?光電導體、天線幾何結構和泵浦激光脈沖寬度。一般情況下給出的泵浦激光脈沖的中心頻率和寬度是確定的，因此產生的太赫茲波的中心頻率和頻譜寬度就唯一確定了。此方法存在不能隨意調節所產生的太赫茲波中心頻率和頻譜寬度的缺點。

光整流方法是利用電光晶體作為非線性介質，利用皮秒量級的激光脈沖泵浦ZnTe等電光晶體，通過二階或高階非線性光學過程來產生低頻電極化場，由此輻射出太赫茲電磁波。其中的物理過程是瞬時極化過程，要求一束超短激光脈沖聚焦在電光材料上。光整流的關鍵問題是相位匹配,?它可以放大激光和太赫茲脈沖在非線性材料中的相互作用以及增強太赫茲產生效果。常用的非線性介質有LiNbO₃、LiTaO₃、半導體GaAs、InTe、InP和有機晶體DAST等。但通過這種方法得到的太赫茲電磁波的中心頻率較低。

非線性傳輸線是分布式的裝置,由一個高阻抗的傳輸線周期性地加載非線性元件。非線性元件通常為肖特基變容二極管。由于非線性特性和固有散射之間的平衡,在裝置內產生振蕩波或者孤子波,可以產生一定頻率的太赫茲電磁波輻射。

另一方面，窄帶太赫茲脈沖的產生目前主要通過光學參量轉換光混頻的方法得到。光學非線性晶體,例如LiNbO₃,在近紅外區被較強的脈沖激光泵浦時,會產生受激極化散射現象。頻率為W_p的泵浦光激發非線性晶體時,產生一個頻率為W_i的光。兩束激光(其中至少一個為連續可調)在光導體內進行光混頻,可以產生一個頻率為它們差值的光電流，若頻率在太赫茲范圍內，則光電流可以通過天線自由輻射,形成太赫茲電磁波輻射。通過改變泵浦光的入射角可以得到不同頻率的太赫茲電磁波。但整個裝置對器件和激光的要求較高，造價昂貴，且要想得到不同中心頻率和頻譜寬度的太赫茲波不太容易實現。

總的來說，目前已有的太赫茲脈沖產生技術方法大多只能產生單一中心頻率和一定頻譜寬度的太赫茲波。如果在實驗過程中需要調整，不僅需要精確的計算，實驗裝置的調節也非常繁瑣。基于這些實驗上的種種不便捷性，目前還沒有可連續調節太赫茲波中心頻率和頻譜寬度的實驗裝置出現。

發明內容

本發明是針對目前太赫茲脈沖產生技術方法大多只能產生單一中心頻率和一定頻譜寬度的太赫茲波，調整頻率和頻譜寬度困難的問題，提出了一種連續調節太赫茲波中心頻率和頻譜寬度的方法，采用偏振門方法，以一束超快激光脈沖通過可移動的雙折射晶體斜劈對和零階1/4波片，產生偏振特殊的新光場。新光場再通過起偏器，便得到一個具有線偏振的窄脈沖寬度的激光脈沖。通過控制雙折射晶體斜劈對的插入量來得到不同寬度的激光脈沖，從而實現調節太赫茲波中心頻率和頻譜寬度的功能。