[實用新型]偏振態可調諧的太赫茲波發射器

有效

• 申請號: 201821438299.9
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN208847991U
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 吳曉君;聶天曉;肖猛;孔德胤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02F1/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本實用新型實施例提供了一種偏振態可調諧的太赫茲波發射器，將超材料層設置在鐵磁納米薄膜層上，超材料層上刻蝕有周期性的“十”字型鏤空結構；通過樣品架帶動鐵磁納米薄膜層旋轉，進而帶動超材料層旋轉，對太赫茲波的偏振態進行調制。本實用新型實施例中將調制偏振態的超材料層集成在太赫茲波發射器內，使從太赫茲發射器出射的太赫茲波的偏振態可控，而不需要在使用其他外部元件實現太赫茲波的偏振態的調制。可實現片上集成的窄帶線偏振太赫茲波發射器、窄帶橢圓偏振太赫茲波發射器和窄帶圓偏振太赫茲波發射器；不僅可實現弱場太赫茲偏振可控的發射器，而且也可用于偏振可調控的強場太赫茲發生器。

技術領域

本實用新型實施例涉及太赫茲脈沖產生技術領域，更具體地，涉及偏振態可調諧的太赫茲波發射器。

背景技術

太赫茲輻射在電磁波譜上位于遠紅外和毫米波之間，該頻段的特殊位置賦予了該頻段特殊的性質，比如太赫茲頻率對應生物大分子的振動能級和轉動能級，對應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，可應用在物質鑒別和識別；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、材料、生物、醫學等各個領域均具有廣泛的應用前景。

目前，各種基于光學和電子學的太赫茲輻射源應運而生，產生了各種基于電學的低頻窄帶太赫茲輻射源和高頻寬帶太赫茲輻射源。隨著超快激光技術的發展，基于飛秒激光技術的太赫茲輻射源能夠獲得更為小型化、更可靠、更穩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用的需要，因此，基于超快激光技術的太赫茲輻射源獲得了快速的發展。

但是太赫茲技術并未取得大量的實際應用，阻礙太赫茲科學與技術發展和應用的關鍵依然在于高效率、低成本、高穩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在實際應用中的進展，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。現有技術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實現太赫茲偏振態的調制；偏振器件可采用超材料制備，將線偏振的太赫茲輻射調制為圓偏振的太赫茲波；偏振器件包括硅片，通過硅片對光的強吸收，在泵浦光上制備周期性結構，從而實現將線偏振的太赫茲波調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的圓形線圈，實現圓偏振態的太赫茲波的制備；偏振器件還包括螺旋對數天線，實現圓偏振的太赫茲波發射。

目前，可實現圓偏振態的太赫茲波發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太赫茲波發射器。該發射器是利用一束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，產生空氣等離子體，從而產生一束太赫茲波。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，即可產生圓偏振的太赫茲發射。通過改變線圈的纏繞方向，可分別實現左旋和右旋的圓偏振太赫茲發射器。但是該雙色場圓偏振態太赫茲波發射器需要高能激光器泵浦，產生圓偏振態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定，基于這樣的太赫茲源搭建的太赫茲系統信噪比不高，很難將該雙色場圓偏振態太赫茲波發射器應用在實際的太赫茲光譜和成像系統中。2)基于螺旋對數天線的圓偏振態太赫茲波發射器。將光電導天線設計成螺旋對數形狀，在外加激光泵浦的情況下，通過外加偏置電壓，即可產生圓偏振態的太赫茲波，改變螺旋對數天線的旋轉方向，即可分別獲得左旋或右旋的圓偏振態太赫茲波的發射。基于光電導天線的圓偏振態太赫茲波發射器的光生載流子容易飽和，外加偏置電壓很容易導致光電導天線擊穿，且輻射效率低，結構復雜，需要微加工技術制備天線結構，而且需要外加偏置電壓，無法應用在高能強場太赫茲波的產生上。3)通過手性超材料實現圓偏振態的太赫茲波的產生。在已經產生的太赫茲光路中，通過外加一個經過特殊設計的手性超材料器件，即可將線偏振的太赫茲波調制成圓偏振。根據手性超材料的設計，可分別實現左旋或右旋的圓偏振態的太赫茲波。但是手性超材料器件設計和加工復雜，尤其是對加工工藝的要求精度高，導致獲得的圓偏振特性并不能達到預期目標，且成本非常高。