CN101373306A - 一种基于声波作为激励的固体THz辐射源 - Google Patents

一种基于声波作为激励的固体THz辐射源 Download PDF

Info

Publication number
CN101373306A
CN101373306A CNA2008100461089A CN200810046108A CN101373306A CN 101373306 A CN101373306 A CN 101373306A CN A2008100461089 A CNA2008100461089 A CN A2008100461089A CN 200810046108 A CN200810046108 A CN 200810046108A CN 101373306 A CN101373306 A CN 101373306A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sound wave
thz
excitation
radiation source
quantum well
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008100461089A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100587577C (zh
Inventor
周鹰
高椿明
王亚非
王占平
杨立峰
何勋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN200810046108A priority Critical patent/CN100587577C/zh
Publication of CN101373306A publication Critical patent/CN101373306A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100587577C publication Critical patent/CN100587577C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于：利用声聚焦及谐振结构，将MHz数量级的声波入射到多级谐波级联压电多周期量子阱结构材料内，通过级联倍频，其高次谐波激发电子－空穴能级的跃迁(湮灭)，产生特定频率的THz辐射，并将T射线通过天线辐射出来，从而完成声波－T射线转换。本发明的有益效果：①提出的声波激励的THz辐射源结构简单，采用全固态结构，可靠性高，有可能成为具有推广价值的小型、廉价、小功率的THz辐射源，应用于THz检测、成像、材料THz指纹谱的建立等相关领域。②高效高灵敏度的声致固体THz辐射源，可作为新型声学传感器，将声波直接转换成THz辐射。

Description

一种基于声波作为激励的固体THz辐射源
技术领域
本发明涉及声光信息技术领域，具体涉及一种基于声波作为激励的固体THz辐射源。
背景技术
THz技术是当前一个非常重要的交叉前沿领域。THz成像、THz波谱学、THz检测等技术在国家安全、天文观测、生物医学、材料物理及化学等领域都有着十分重要的意义。
目前THz信号产生技术和THz信号检测技术成本都较高，限制了THz技术在各个领域中的应用。因此，THz技术应用的推广，需要小巧、廉价的THz辐射源为基础。
当前较成熟的THz辐射产生方法通常有以下几类:
①半导体THz辐射源(包括THz量子级联激光器)；
②基于光子学的THz辐射源；
③基于微波真空器件的THz辐射源(基于碳纳米管的真空微电子技术)；
④基于高能加速器的THz辐射源。
前面四类产生THz辐射的方法中，半导体THz辐射源是一种相对小型廉价的辐射源。但是，在半导体THz辐射的激励信号中，目前主要是飞秒级的脉冲激光激发或低温下高密度的电子注入。从实际的器件结构来看，仍较复杂，使用成本仍然较高，因此限制了大规模的商业化应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种基于声波作为激励的固体THz辐射源，该辐射源克服了现有技术中所存在的缺陷，具有结构简单，成本低，适于大规模化商业生产。
本发明所提出的技术问题是这样解决的:构造一种基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，器件包括超声换能器、机电耦合匹配层、声聚焦器、本征频率为MHz的压电多周期量子阱结构材料单元、本征频率为GHz的压电多周期量子阱结构材料单元、本征频率为THz的压电多周期量子阱结构材料单元、辐射耦合材料和辐射天线，MHz级声波驱动源通过所述超声换能器、机电耦合匹配层和声聚焦器转换为声波，聚焦于本征频率为MHz的压电多周期量子阱结构材料单元并产生MHz频率的声子，声子经过所述本征频率为GHz的压电多周期量子阱结构材料单元和本征频率为THz的压电多周期量子阱结构材料单元倍频放大，激发THz声子，激励所述辐射耦合材料通过辐射天线产生THz辐射输出。
按照本发明所提供的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，器件两端边界处设置有声反射器。
按照本发明所提供的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，器件还设置有顶电极和低电极，所述顶电极和底电极连接直流偏置电源形成偏置电场。
按照本发明所提供的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，所述本征频率为MHz的压电多周期量子阱结构材料单元的材料为周期极化铌酸锂(Periodically Poled Lithium Niobate)。
按照本发明所提供的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，所述本征频率为GHz的压电多周期量子阱结构材料单元材料为砷化铝、砷化镓和砷化铝中的一种或者几种(AlAs/GaAs/AlAs)。
按照本发明所提供的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，所述本征频率为THz的压电多周期量子阱结构材料单元材料为磷化铟、铟镓砷磷和砷化铝镓铟中的一种或者几种(InP/InGaAsP/InGaAlAs)。
按照本发明所提供的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，所述辐射耦合材料为砷化铝镓(AlGaAs)。
按照本发明所提供的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，所述辐射天线采用氮化镓基底镀金(GaN/Au)制成。
本发明所提供的基于声波作为激励的固体THz辐射源，是利用声聚焦及谐振结构，将MHz数量级的声波入射到多级谐波级联声致THz辐射材料内，通过级联倍频，其高次谐波激发电子—空穴能级的跃迁(湮灭)，产生THz辐射，并将T射线通过利用光子晶体理论设计的天线辐射出来，从而完成声波—T射线转换及传输。
本发明运用的基本原理涉及以下两个方面:
①随着超晶格材料技术及有机压电高分子材料技术的发展，在纳米尺度上人为控制压电超晶格材料或有机压电高分子材料的生长周期、参杂周期、极化周期及压电系数，可以使材料内建较高的应力诱导电场，对激励的声子产生放大作用，同时在纳米尺度上超晶格振动的本征频率在THz范围，从而达到选频作用，在常温条件下，产生特定频率THz声子并激发特定波长的THz辐射。
②利用脉冲超声作为激发源，在样品材料上激发脉冲声波，由于脉冲声能量集中，强度强，在传播的过程中与应力集中的区域或其他不均匀结构相互作用，能显著引起不均匀区域产生明显的附加局部温度升高，从而使这些不均匀结构能显著地表现出差异。人为地控制不均匀结构，使这些结构的红外辐射处于远红外区(THz范围)，就能由超声导致THz辐射。
本发明的有益效果:①提出的声波激励的THz辐射源结构简单，采用全固态结构，可靠性高，有可能成为具有推广价值的小型、廉价、小功率的THz辐射源，应用于THz检测、成像、材料THz指纹谱的建立等相关领域。②高效高灵敏度的声致固体THz辐射源，可作为新型声学传感器，将声波直接转换成THz辐射。因此，可以将特定干扰条件下检测到的声学信号、振动信号转换成THz辐射，提高系统的抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明的基于声波作为激励的固体THz辐射源的结构示意图。
图中，1、超声换能器，2、耦合匹配层，3、声聚焦器，4、顶电极，5、辐射耦合材料，6、声反射器，7、输出天线，8、底电极，9、本征频率为THz的压电多周期量子阱结构材料，10、本征频率为GHz的压电多周期量子阱结构材料，11、本征频率为MHz的压电多周期量子阱结构材料，12、MHz级声波驱动源，13、直流偏置电源。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明作进一步的说明。
MHz频率的射频驱动源12通过超声换能器1(铌酸锂LiNbO3换能器)、机电耦合匹配层2(铬铜/金/铅CrCu/Au/Pb)及声聚焦器3(铌酸锂LiNbO3晶体加工成喇叭状)，转换成声波，聚焦于本征频率为MHz的压电多周期量子阱结构材料11(周期极化铌酸锂PPLN)，在材料内产生一定功率密度和MHz频率的声子，声子在经过随后的本征频率为GHz的压电多周期量子阱结构材料10(砷化铝/砷化镓/砷化铝AlAs/GaAs/AlAs)和本征频率为THz的压电多周期量子阱结构材料9(磷化铟/铟镓砷磷/砷化铝镓铟InP/InGaAsP/InGaAlAs)的过程中被倍频和放大，激发出THz声子，激励辐射耦合材料5(砷化铝镓AlGaAs)，并通过用光子晶体技术或采用超晶格材料设计的辐射天线7(氮化镓基底镀金GaN/Au)，产生THz辐射输出。如图所1示。
本发明利用声聚焦及谐振结构，将MHz数量级的声波入射到多级谐波级联压电多周期量子阱结构材料内，通过级联倍频，其高次谐波激发电子—空穴能级的跃迁，产生特定频率的THz辐射，并将T射线通过天线辐射出来，从而完成声波—T射线转换。
由于存在压电场，在量子阱中被捕获的电子受到压电场的加速，与晶格的相互作用加剧。不同量子阱势垒结构中加速的电子能量不一样，电子与晶格互作用激发的光学声子能量不一样，即有不同的声子频率。激发出的声学声子与输入的超声波叠加，通过两端边界处的声反射器6(高密度硅橡胶)构成的谐振器作用，又参与引起激励晶格的振动。如此反复加强，如果特定频率声子产生的速率高于该频率声子的寿命，此频率的声子就得到了放大。为了补充内建应力压电场对声子倍频和放大的能量消耗，需要通过直流偏置电源13对顶电极4(镀金)和底电极8(镀金)施加偏置电场。

Claims (8)

1.一种基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，器件包括超声换能器、机电耦合匹配层、声聚焦器、本征频率为MHz的压电多周期量子阱结构材料单元、本征频率为GHz的压电多周期量子阱结构材料单元、本征频率为THz的压电多周期量子阱结构材料单元、辐射耦合材料和辐射天线，MHz级声波驱动源通过所述超声换能器、机电耦合匹配层和声聚焦器转换为声波，聚焦于本征频率为MHz的压电多周期量子阱结构材料单元并产生MHz频率的声子，声子经过所述本征频率为GHz的压电多周期量子阱结构材料单元和本征频率为THz的压电多周期量子阱结构材料单元倍频放大，激发THz声子，激励所述辐射耦合材料通过辐射天线产生THz辐射输出。
2.根据权利要求1所述的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，器件两端边界处设置有声反射器。
3.根据权利要求1所述的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，器件还设置有顶电极和低电极，所述顶电极和底电极连接直流偏置电源形成偏置电场。
4.根据权利要求1所述的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，所述本征频率为MHz的压电多周期量子阱结构材料单元的材料为周期极化铌酸锂。
5.根据权利要求1所述的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，所述本征频率为GHz的压电多周期量子阱结构材料单元材料为砷化铝、砷化镓和砷化铝中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，所述本征频率为THz的压电多周期量子阱结构材料单元材料为磷化铟、铟镓砷磷和砷化铝镓铟中一种或者多种。
7.根据权利要求1所述的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，所述辐射耦合材料为砷化铝镓。
8.根据权利要求1所述的基于声波作为激励的固体THz辐射源，其特征在于，所述辐射天线采用氮化镓基底镀金制成。
CN200810046108A 2008-09-19 2008-09-19 一种基于声波作为激励的固体THz辐射源器件 Expired - Fee Related CN100587577C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810046108A CN100587577C (zh) 2008-09-19 2008-09-19 一种基于声波作为激励的固体THz辐射源器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810046108A CN100587577C (zh) 2008-09-19 2008-09-19 一种基于声波作为激励的固体THz辐射源器件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101373306A true CN101373306A (zh) 2009-02-25
CN100587577C CN100587577C (zh) 2010-02-03

Family

ID=40447540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200810046108A Expired - Fee Related CN100587577C (zh) 2008-09-19 2008-09-19 一种基于声波作为激励的固体THz辐射源器件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100587577C (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105891144A (zh) * 2016-03-31 2016-08-24 上海理工大学 太赫兹扫描系统及扫描方法
WO2019179074A1 (zh) * 2018-03-20 2019-09-26 杨孟君 量子丹机
CN110416869A (zh) * 2019-07-04 2019-11-05 哈尔滨工程大学 利用离子注入提高Tm：YAP激光器输出功率的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105891144A (zh) * 2016-03-31 2016-08-24 上海理工大学 太赫兹扫描系统及扫描方法
CN105891144B (zh) * 2016-03-31 2018-10-23 上海理工大学 太赫兹扫描系统及扫描方法
WO2019179074A1 (zh) * 2018-03-20 2019-09-26 杨孟君 量子丹机
CN110416869A (zh) * 2019-07-04 2019-11-05 哈尔滨工程大学 利用离子注入提高Tm：YAP激光器输出功率的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100587577C (zh) 2010-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vogt et al. Efficient microwave-to-optical conversion using Rydberg atoms
Claudon et al. Harnessing light with photonic nanowires: fundamentals and applications to quantum optics
CN100587577C (zh) 一种基于声波作为激励的固体THz辐射源器件
WO2008019175B1 (en) Generation of terahertz waves
Moczała-Dusanowska et al. Strain-tunable single-photon source based on a quantum dot–micropillar system
CN109119880B (zh) 一种声场驱动sbs激光器
Kotal et al. A nanowire optical nanocavity for broadband enhancement of spontaneous emission
Kim et al. All-optical bistable switching in curved microfiber-coupled photonic crystal resonators
Kitada et al. Terahertz emission from a GaAs/AlAs coupled multilayer cavity with nonlinear optical susceptibility inversion
Finazzer et al. On-chip electrostatic actuation of a photonic wire antenna embedding quantum dots
US7751117B2 (en) Optical parametric micro-oscillator comprising couplet cavities
Schülein et al. Surface acoustic wave controlled charge dynamics in a thin InGaAs quantum well
Ge et al. Polarized and bright telecom C-band single-photon source from InP-based quantum dots coupled to elliptical Bragg gratings
Lettner et al. GaAs quantum dot in a parabolic microcavity tuned to 87Rb D1
Shahzadeh et al. A comparison between semi-spheroid-and dome-shaped quantum dots coupled to wetting layer
Zhu et al. Enhanced transmission and directional emission via coupled-resonator optical waveguides
CN114199222B (zh) 一种有源谐振光纤陀螺
Hu et al. Dominating radiative recombination in a nanoporous silicon layer with a metal-rich Au (1− α)–SiO2 (α) cermet waveguide
US11163209B2 (en) Metamaterial-boosted quantum electromechanical transducer for microwave-optical interfacing
Oka et al. Effects of decoherence on the nonlinear optical phase shift obtained from a one-dimensional atom
EP4383484A1 (en) Laser apparatus for excitation of strontium atoms in a quantum processor
Zhu et al. Physical characteristics with SPP in the metallic nanowires structure
Li et al. Nonreciprocal photon transport in indirectly coupled whispering-gallery mode resonators
US20230351235A1 (en) Systems and methods for piezoelectric control of spin quantum memories
Jarzembski et al. A Re-Configurable Infrared MetasurfaceUtilizing Acoustoelectric-Induced Charge Aggregation in Graphene.

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100203

Termination date: 20120919