[發明專利]一種全光控太赫茲強度調制器及太赫茲強度調制器

有效

• 申請號: 201310362198.3
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103487953A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 彭龍瑤;朱禮國;鐘森城;孟坤;劉喬;李澤仁
• 申請（專利權）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權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

技術領域

本發明涉及太赫茲波譜技術領域，尤其是涉及一種全光控太赫茲強度調制器及太赫茲強度調制器。?

背景技術

太赫茲波在生物醫學診斷、機場安全成像、軍事探測、大氣研究、高速通信、包裝產品的質量控制、農業濕度分析等方面具有廣闊的應用前景。在應用需求的推動下，太赫茲科學技術已取得了很大的進展。近二十年來，太赫茲時域光譜技術和量子級聯激光器的發展，為太赫茲波的研究提供了合適的光源和探測手段，使得太赫茲發射和探測技術都有了很大的發展。太赫茲強度調制器作為操縱太赫茲信號傳輸系統的一個關鍵部件，其相關研究對太赫茲科學和技術的進一步應用具有重大意義。由于天然材料對太赫茲波段的電磁響應非常微弱，難以實際應用于調制太赫茲波，因而相較于太赫茲發射和探測技術的飛速發展，太赫茲調制技術卻顯得進展緩慢。太赫茲波傳輸過程中需要的太赫茲濾波器，調制器，開關等各種功能器件的研究仍然較為薄弱。?

現已有的太赫茲強度調制器主要有兩種，電控調制器和光控調制器。目前基于硅等半導體，二氧化釩等相變材料等電控和光控太赫茲強度調制器都存在較多缺點。如：（1）電控太赫茲強度調制器的諧振回路具有較大的電容和串聯電阻，通放電需要一定的時間延遲，導致其調制器的調制速度相對較慢；且在電控太赫茲波調制器的上下表面都需要導電電極（例如導電硅等）實現電控調制器。電極有自由電子，會吸收太赫茲波，從而引入插入損耗，影響太赫茲調制效率；（2）硅半導體和二氧化釩材料中光生載流子的遷移速率慢且光生載流子壽命時間長（大約為微秒級量級），因此，基于硅半導體和二氧化釩材料的電控和光控調制器限制了太赫茲波的調制速度，使其調制速度慢；（3）硅半導體和二氧化釩等調制器的調制帶寬窄。綜合來看，現有的太赫茲強度調制器的調制速度、調制帶寬都不能滿足太赫茲研究的要求，有待提高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對目前已有的太赫茲強度調制器的調制速度低，光譜范圍窄的問題，提高系統適用范圍，本發明提出了一種全光控太赫茲強度調制器及太赫茲強度調制器，通過納米金顆粒層增強石墨烯層吸收光子的效率，提高光生載流子的密度，進而加強對太赫茲波的吸收，增強調制器的調制效果。?

本發明采用的技術方案如下：

一種全光控太赫茲強度調制器包括：

????太赫茲波發生裝置，用于產生太赫茲波；

????泵浦光波發生裝置，用于產生泵浦光波；

????太赫茲強度調制器，用于吸收泵浦光波的光子，產生光生載流子，隨后吸收用于驅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，從而調制太赫茲波的強度；通過調節泵浦光波的強度，調節石墨烯層光生載流子的濃度，最終調制太赫茲波的輸出強度，其中所述太赫茲強度調制器包括：

????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生的光子，所述光子激發石墨烯層產生光生載流子；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，從而調制太赫茲波的強度；?

石英基底，用于石墨烯層的襯底。

所述太赫茲波發生裝置包括用于產生太赫茲波信號的太赫茲發生器，以及用于聚焦太赫茲發生器輸出太赫茲波能量的太赫茲波輸入調節器，所述太赫茲波輸入調節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。?

所述太赫茲波輸入調節器是太赫茲透鏡或拋物面鏡。?

所述泵浦光波發生裝置包括用于產生泵浦光波的激光器，用于調制泵浦光頻率的聲光調制器，以及用于將聲光調制器輸出的泵浦光波聚焦調節的泵浦光波調節器。?

所述泵浦光波調節器是透鏡。?

所述當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節器還包括角度調節器，所述入射角度指的是入射至石墨烯層的角度。?