[發(fā)明專利]偏振態(tài)可調(diào)諧的太赫茲波發(fā)射器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811020719.6
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN108919523A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳曉君;聶天曉;肖猛;孔德胤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02F1/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發(fā)明實施例提供了一種偏振態(tài)可調(diào)諧的太赫茲波發(fā)射器，將超材料層設(shè)置在鐵磁納米薄膜層上，超材料層上刻蝕有周期性的“十”字型鏤空結(jié)構(gòu)；通過樣品架帶動鐵磁納米薄膜層旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動超材料層旋轉(zhuǎn)，對太赫茲波的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制。本發(fā)明實施例中將調(diào)制偏振態(tài)的超材料層集成在太赫茲波發(fā)射器內(nèi)，使從太赫茲發(fā)射器出射的太赫茲波的偏振態(tài)可控，而不需要在使用其他外部元件實現(xiàn)太赫茲波的偏振態(tài)的調(diào)制?？蓪崿F(xiàn)片上集成的窄帶線偏振太赫茲波發(fā)射器、窄帶橢圓偏振太赫茲波發(fā)射器和窄帶圓偏振太赫茲波發(fā)射器；不僅可實現(xiàn)弱場太赫茲偏振可控的發(fā)射器，而且也可用于偏振可調(diào)控的強(qiáng)場太赫茲發(fā)生器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實施例涉及太赫茲脈沖產(chǎn)生技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及偏振態(tài)可調(diào)諧的太赫茲波發(fā)射器。

背景技術(shù)

太赫茲輻射在電磁波譜上位于遠(yuǎn)紅外和毫米波之間，該頻段的特殊位置賦予了該頻段特殊的性質(zhì)，比如太赫茲頻率對應(yīng)生物大分子的振動能級和轉(zhuǎn)動能級，對應(yīng)水分子的氫鍵能量和范德瓦爾斯力的能量，許多生物分子在這個頻段都具有指紋光譜，可應(yīng)用在物質(zhì)鑒別和識別；太赫茲頻段意味著更大的信息容量，為通信遙感、航空航天提供更好的通信手段。太赫茲輻射在物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前，各種基于光學(xué)和電子學(xué)的太赫茲輻射源應(yīng)運而生，產(chǎn)生了各種基于電學(xué)的低頻窄帶太赫茲輻射源和高頻寬帶太赫茲輻射源。隨著超快激光技術(shù)的發(fā)展，基于飛秒激光技術(shù)的太赫茲輻射源能夠獲得更為小型化、更可靠、更穩(wěn)定以及成本更低的太赫茲輻射源，可滿足實驗研究和部分應(yīng)用的需要，因此，基于超快激光技術(shù)的太赫茲輻射源獲得了快速的發(fā)展。

但是太赫茲技術(shù)并未取得大量的實際應(yīng)用，阻礙太赫茲科學(xué)與技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵依然在于高效率、低成本、高穩(wěn)定性的太赫茲輻射源、高靈敏度的太赫茲探測器，以及各種太赫茲功能器件的缺乏，太赫茲功能器件的缺乏極大地阻礙了太赫茲技術(shù)在實際應(yīng)用中的進(jìn)展，比如各種太赫茲倍頻器、和頻器、偏振器件的缺乏使得對太赫茲波的操控極其困難?，F(xiàn)有技術(shù)中提供的偏振器件包括太赫茲偏振片，太赫茲偏振片多是基于集成的石英晶體，利用太赫茲偏振片的雙折射效應(yīng)實現(xiàn)太赫茲偏振態(tài)的調(diào)制；偏振器件可采用超材料制備，將線偏振的太赫茲輻射調(diào)制為圓偏振的太赫茲波；偏振器件包括硅片，通過硅片對光的強(qiáng)吸收，在泵浦光上制備周期性結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)將線偏振的太赫茲波調(diào)制為圓偏振的太赫茲波；偏振器件還包括針對空氣等離子源開發(fā)的圓形線圈，實現(xiàn)圓偏振態(tài)的太赫茲波的制備；偏振器件還包括螺旋對數(shù)天線，實現(xiàn)圓偏振的太赫茲波發(fā)射。

目前，可實現(xiàn)圓偏振態(tài)的太赫茲波發(fā)射器具體包括以下幾種：1)基于飛秒激光泵浦的雙色場圓偏振態(tài)太赫茲波發(fā)射器。該發(fā)射器是利用一束800nm的高能飛秒激光脈沖作用在BBO倍頻晶體上產(chǎn)生一束400nm波長的超短激光脈沖，800nm和400nm的激光脈沖束同時聚焦在空氣中，產(chǎn)生空氣等離子體，從而產(chǎn)生一束太赫茲波。在等離子體的太赫茲源周圍外加金屬螺旋線圈，并在線圈上通電，即可產(chǎn)生圓偏振的太赫茲發(fā)射。通過改變線圈的纏繞方向，可分別實現(xiàn)左旋和右旋的圓偏振太赫茲發(fā)射器。但是該雙色場圓偏振態(tài)太赫茲波發(fā)射器需要高能激光器泵浦，產(chǎn)生圓偏振態(tài)太赫茲波的效率相對較低，而且基于等離子體的太赫茲波非常不穩(wěn)定，基于這樣的太赫茲源搭建的太赫茲系統(tǒng)信噪比不高，很難將該雙色場圓偏振態(tài)太赫茲波發(fā)射器應(yīng)用在實際的太赫茲光譜和成像系統(tǒng)中。2)基于螺旋對數(shù)天線的圓偏振態(tài)太赫茲波發(fā)射器。將光電導(dǎo)天線設(shè)計成螺旋對數(shù)形狀，在外加激光泵浦的情況下，通過外加偏置電壓，即可產(chǎn)生圓偏振態(tài)的太赫茲波，改變螺旋對數(shù)天線的旋轉(zhuǎn)方向，即可分別獲得左旋或右旋的圓偏振態(tài)太赫茲波的發(fā)射?；诠怆妼?dǎo)天線的圓偏振態(tài)太赫茲波發(fā)射器的光生載流子容易飽和，外加偏置電壓很容易導(dǎo)致光電導(dǎo)天線擊穿，且輻射效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要微加工技術(shù)制備天線結(jié)構(gòu)，而且需要外加偏置電壓，無法應(yīng)用在高能強(qiáng)場太赫茲波的產(chǎn)生上。3)通過手性超材料實現(xiàn)圓偏振態(tài)的太赫茲波的產(chǎn)生。在已經(jīng)產(chǎn)生的太赫茲光路中，通過外加一個經(jīng)過特殊設(shè)計的手性超材料器件，即可將線偏振的太赫茲波調(diào)制成圓偏振。根據(jù)手性超材料的設(shè)計，可分別實現(xiàn)左旋或右旋的圓偏振態(tài)的太赫茲波。但是手性超材料器件設(shè)計和加工復(fù)雜，尤其是對加工工藝的要求精度高，導(dǎo)致獲得的圓偏振特性并不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，且成本非常高。