[發(fā)明專利]一種全光控太赫茲強度調(diào)制器及太赫茲強度調(diào)制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310362198.3
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103487953A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭龍瑤;朱禮國;鐘森城;孟坤;劉喬;李澤仁
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02F1/11
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

1.一種全光控太赫茲強度調(diào)制器，其特征在于包括：

????太赫茲波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生太赫茲波；

????泵浦光波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生泵浦光波；

????太赫茲強度調(diào)制器，用于吸收泵浦光波的光子，產(chǎn)生光生載流子，隨后吸收用于驅(qū)動光生載流子運動的太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場驅(qū)動下，與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強度；通過調(diào)節(jié)泵浦光波的強度，調(diào)節(jié)石墨烯層光生載流子的濃度，最終調(diào)制太赫茲波的輸出強度，其中所述太赫茲強度調(diào)制器包括：

????納米金顆粒層，用于吸收泵浦光波，納米金顆粒層中的自由電子與入射的泵浦光波產(chǎn)生等離子共振，納米金顆粒層通過等離子體共振將泵浦光波的光子傳遞給石墨烯層；

石墨烯層，用于吸收納米金顆粒層傳遞的光子，同時石墨烯層吸收泵浦光產(chǎn)生的光子，所述光子激發(fā)石墨烯層產(chǎn)生光生載流子；隨后石墨烯層接收太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場驅(qū)動下運動，光生載流子與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強度；?

石英基底，用于石墨烯層的襯底。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光控太赫茲強度調(diào)制器，其特征在于所述太赫茲波發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生太赫茲波信號的太赫茲發(fā)生器，以及用于聚焦太赫茲發(fā)生器輸出太赫茲波能量的太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器，所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器將太赫茲波信號進行能量聚焦后，所述太赫茲波焦點位于石墨烯層上表面，石英基底位于石墨烯層下表面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全光控太赫茲強度調(diào)制器，其特征在于所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器是太赫茲透鏡或拋物面鏡。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光控太赫茲強度調(diào)制器，其特征在于所述泵浦光波發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生泵浦光波的激光器，用于調(diào)制泵浦光頻率的聲光調(diào)制器，以及用于將聲光調(diào)制器輸出的泵浦光波聚焦調(diào)節(jié)的泵浦光波調(diào)節(jié)器。

5.?根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全光控太赫茲強度調(diào)制器，其特征在于所述泵浦光波調(diào)節(jié)器是透鏡。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全光控太赫茲強度調(diào)制器，其特征在于所述當(dāng)泵浦光波與太赫茲波入射角度重合時，太赫茲波與泵浦光波都是從石墨烯上表面入射，所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器還包括角度調(diào)節(jié)器，所述入射角度指的是入射至石墨烯層的角度。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種全光控太赫茲強度調(diào)制器，其特征在于所述當(dāng)泵浦光波垂直入射石墨烯層，太赫茲發(fā)生器輸出的太赫茲波垂直于泵浦光波，所述角度調(diào)節(jié)器是太赫茲調(diào)節(jié)器，經(jīng)太赫茲角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的泵浦光波與太赫茲波入射角度相同時，太赫茲角度調(diào)節(jié)器是ITO反射鏡；當(dāng)太赫茲波垂直入射石墨烯層，激光器輸出的泵浦光波垂直于太赫茲波，所述角度調(diào)節(jié)器是泵浦光角度調(diào)節(jié)器，經(jīng)過泵浦光角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的泵浦光波與太赫茲波重合時，泵浦光角度調(diào)節(jié)器是硅片，所述太赫茲角度調(diào)節(jié)器是透射泵浦光波而反射太赫茲波的調(diào)節(jié)器，所述泵浦光波角度調(diào)節(jié)器是透射太赫茲波而反射泵浦光波的調(diào)節(jié)器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的一種全光控太赫茲強度調(diào)制器，其特征在于還包括用于探測太赫茲強度調(diào)制器輸出的太赫茲波探測裝置；所述太赫茲波探測裝置包括太赫茲輸出調(diào)節(jié)器、太赫茲探測器，所述太赫茲波強度調(diào)制器輸出太赫茲波經(jīng)過太赫茲輸出調(diào)節(jié)器聚焦后，傳輸至太赫茲探測器進行太赫茲波強度探測。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太赫茲強度調(diào)制器，其特征在于包括：

?????納米金顆粒層，用于吸收泵浦光波，納米金顆粒層中的自由電子與入射的泵浦光波產(chǎn)生等離子共振，納米金顆粒層通過等離子體共振將泵浦光波的光子傳遞給石墨烯層；

????石墨烯層，用于吸收納米金顆粒層傳遞的光子，同時石墨烯層吸收泵浦光產(chǎn)生的光子，所述光子激發(fā)石墨烯層產(chǎn)生光生載流子，隨后石墨烯層接收驅(qū)動太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場驅(qū)動下運動，光生載流子與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強度；?

????石英基底，用于石墨烯層的襯底。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或9之一所述的一種太赫茲強度調(diào)制器，其特征在于所述光生載流子與入射的太赫茲波強度計算過程為：?

步驟1：根據(jù)入射太赫茲波時域光譜獲取太赫茲強度調(diào)制器在太赫茲波譜內(nèi)的電導(dǎo)率，根據(jù)公式（1）推導(dǎo)出入射到石墨烯層進入石英基底后的太赫茲波脈沖電場的復(fù)頻譜???????????????????????????????????????????????：

?????????????????（1）

步驟2：通過公式（2），即穿過沒有石墨烯層、純基底的太赫茲波電場復(fù)頻譜作為參考信號：

???????????????????????????????????（2）

步驟3：根據(jù)兩個電場、推導(dǎo)其折射率，獲取石墨烯層在太赫茲波入射情況時的信息公式（3），?

????????

???????????????（3）

其中滿足從而使得，忽略高階項；即太赫茲波在樣品中的穿透深度遠遠大于樣品的厚度；其中兩個基底材料性質(zhì)相同；（2）基底厚度遠大于太赫茲脈沖在介質(zhì)中的長度，以防止多重反射導(dǎo)致的相互影響；

步驟4：此時

?????????????????????????????????????（4）

其中兩個基底材料性質(zhì)相同；（2）基底厚度遠大于太赫茲脈沖在介質(zhì)中的長度，以防止多重反射導(dǎo)致的相互影響；?

步驟5：可以通過測量穿過石墨烯層和沒有石墨烯層的基底材料的太赫茲波電場、和公式（4），可以獲得石墨烯層的復(fù)折射率在太赫茲波譜的信息，將公式（4）用石墨烯層的復(fù)電導(dǎo)率表示為公式（5），其中空氣環(huán)境下：

???????（公式5）

其中n1是太赫茲波入射調(diào)制器前的介質(zhì)的復(fù)折射率，即空氣折射率，n2是納米金顆粒層與石墨烯層的復(fù)折射率，n3是石英基底復(fù)折射率，c為光速，=377歐姆是真空阻抗系數(shù)，是太赫茲波角頻率，分別是石墨烯層的復(fù)電導(dǎo)率和厚度；

步驟6：利用公式（5）可以求出調(diào)制器在太赫茲波段的復(fù)電導(dǎo)率，可知電導(dǎo)率與透射太赫茲波頻譜的關(guān)系

其中，可通過實際測的透射太赫茲時域波形進行傅里葉變化得到，太赫茲波垂直的從復(fù)折射率為的介質(zhì)入射到厚度為復(fù)折射率為的石墨烯層材料中，隨后進入復(fù)折射率為的基底材料中，、、分別表示入射太赫茲波電場的復(fù)頻譜、穿過石墨烯層時太赫茲波電場的復(fù)頻譜、以及進入沒有放置石墨烯層只有石英基底時太赫茲脈沖電場的復(fù)頻譜，、分別表示探測器探測到的太赫茲波電場的復(fù)頻譜。