CN108535891B - 一种太赫兹波波前相位调制方法 - Google Patents

一种太赫兹波波前相位调制方法 Download PDF

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    • G02F2203/13—Function characteristic involving THZ radiation

Abstract

本发明涉及相位调制领域，提供一种太赫兹波波前相位调制方法。一种太赫兹波波前相位调制方法，包括：将预设频率的第一激光和预设频率的第二激光加载至同一变频器；获取所述变频器辐射出的电场功率；通过所述电场功率获取所述变频器的有效调制光强以及待调制的太赫兹波；依据所述有效调制光强对所述第一激光和所述第二激光进行处理以获取所述待调制的太赫兹波的相位调制模型；将所述相位调制模型引入所述待调制的太赫兹波束以实现所述待调制的太赫兹波的波前相位调制。本发明通过以两束频率差值为太赫兹波频率的激光来建立待调制太赫兹波的相位调制模型的方式，进而将该相位调制模型迁移至太赫兹波束上，实现了太赫兹波波前相位的间接灵活调制。

Description

一种太赫兹波波前相位调制方法
技术领域
本发明涉及相位调制领域，特别是涉及一种太赫兹波波前相位调制方法。
背景技术
目前光学波段的相位调制技术非常成熟，例如在大面积光电下变频器件(如大面积光电导天线、非线性晶体等)上进行的光学波段的相位调制等技术均已十分成熟，而波前相位调制作为电磁场调控的重要维度，在多个领域存在重要应用，但是在太赫兹频段，由于相关调制器件的不成熟，导致太赫兹波束的相位调制困难，这是亟需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对由于相关器件不成熟导致的太赫兹波相位调制困难问题，提供一种太赫兹波波前相位调制方法。
一种太赫兹波波前相位调制方法，包括：
将预设频率的第一激光和预设频率的第二激光加载至同一变频器；
获取所述变频器辐射出的电场功率；
通过所述电场功率获取所述变频器的有效调制光强以及待调制的太赫兹波；
依据所述有效调制光强对所述第一激光和所述第二激光进行处理以获取所述待调制的太赫兹波的相位调制模型；
将所述相位调制模型引入所述待调制的太赫兹波束以实现所述待调制的太赫兹波的波前相位调制。
在其中一个实施例中，所述获取所述变频器辐射出的电场功率的步骤，包括：
获取所述第一激光和所述第二激光的叠加电场；
根据所述叠加电场获取所述变频器辐射出的电场功率。
在其中一个实施例中，所述叠加电场的计算公式为：
Figure BDA0001625511580000021
其中，
Figure BDA0001625511580000022
为第一激光的电场，
Figure BDA0001625511580000023
为第二激光的电场，ω+为第一激光的频率，ω-为第二激光的频率，
Figure BDA0001625511580000024
为第一激光的相位，
Figure BDA0001625511580000025
为第二激光的相位。
在其中一个实施例中，所述电场功率与所述叠加电场的平方成正比。
在其中一个实施例中，所述通过所述电场功率获取所述变频器的有效调制光强以及待调制的太赫兹波的步骤，包括：
根据所述电场功率获取所述待调制的太赫兹波的频率以及相位调制变量；
根据所述频率和所述相位调制变量获取所述变频器的有效调制光强。
在其中一个实施例中，所述待调制的太赫兹波的频率为所述第一激光的预设频率与所述第二激光的预设频率之间的差值。
在其中一个实施例中，所述相位调制变量为所述第一激光与所述第二激光的相位差值。
在其中一个实施例中，所述有效调制光强的计算公式为：
Figure BDA0001625511580000026
其中，ωTHz为所述待调制的太赫兹波的频率，为相位调制变量，E0为第一激光与第二激光的电场近似值。
在其中一个实施例中，所述依据所述有效调制光强对所述第一激光和所述第二激光进行处理以获取所述太赫兹波的相位调制模型的步骤，包括：
依据所述有效调制光强改变所述第一激光或所述第二激光的相位；
同时对未改变相位的一束激光加载调制以获取所述太赫兹波的相位调制模型。
在其中一个实施例中，所述太赫兹波的相位调制模型的计算公式为：
Figure BDA0001625511580000028
其中，ωTHz为太赫兹波的频率，E0为第一激光与第二激光的电场近似值，
Figure BDA0001625511580000029
为待调制的太赫兹波的相位。
上述太赫兹波波前相位调制方法，通过以两束频率差值为太赫兹波频率的激光来建立待调制的太赫兹波的相位调制模型的方式，进而将该相位调制模型迁移至太赫兹波束上，通过利用现有成熟的光学波段的相位调制技术，实现了太赫兹波波前相位的间接灵活调制，克服了现有相关器件不成熟导致的太赫兹波相位调制困难的问题，并且还不会引入除光电下变频损耗外的额外功率损耗。
附图说明
图1为一实施例中的太赫兹波波前相位调制方法流程图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，为一实施例中的太赫兹波波前相位调制方法流程图。为了便于后面实施例进行详细的描述，第一激光的频率为ω+，第二激光的频率为ω-，第一激光的相位为
Figure BDA0001625511580000031
第二激光的相位为
Figure BDA0001625511580000032
一种太赫兹波波前相位调制方法，可以包括步骤：S100～S500。
步骤S100，将预设频率的第一激光和预设频率的第二激光加载至同一变频器。
具体地，第一激光的预设频率为ω+，第二激光的预设频率为ω-，可以理解，第一激光和第二激光的频率可以根据实际操作需要进行选择，这里不做进一步限定，以本领域技术人员熟知的频率选择即可。变频器也就是光电下变频器件，可以使用如大面积光电导天线、非线性晶体等作为变频器，对于变频器的选择，本发明不做限定。将频率为ω+的第一激光和频率为ω-的第二激光加载至同一个光电下变频器件，例如，同时加载至大面积光电导天线。
步骤S200，获取所述变频器辐射出的电场功率。
具体地，获取变频器辐射出的电场功率可以先获取第一激光和第二激光的叠加电场，示例性地，第一激光的电场可以表示为：
Figure BDA0001625511580000041
第二激光的电场可以表示为：因为两束激光同时加载至一个光电变频器，故，对于两束激光的叠加电场可以表示为：
Figure BDA0001625511580000043
同时，由于电场功率与叠加电场的平方成正比，所以，通过叠加电场可以获取电场功率：P∝|E(t)|2。
步骤S300，通过所述电场功率获取所述变频器的有效调制光强以及待调制的太赫兹波。
具体地，在光电下变频中，为了便于数据的处理，一般设置E+＝E-＝E0，也即是E0为第一激光与第二激光的电场近似值。故，通过电场功率与叠加电场的平方成正比，可以得到：
由于半导体光电器件的电子响应速率限制，光生载流子的响应速度跟不上和频项的振荡速度，所以只受直流项(1)及差频项
Figure BDA0001625511580000046
的调制，同时使用高频近似的方法对上述公式进行进一步近似处理，因此对半导体光生载流子的有效调制光强可以表示为：
其中，ωTHz为待调制的太赫兹波的频率，其具体数值可以用第一激光的频率与第二激光的频率之间的差值表示，也就是ωTHz＝ω+-ω_，可以理解，这里对于太赫兹波的频率没有具体的数值限定，可以根据实际操作需要进行调整，以本领域技术人员熟知的太赫兹波的频率数值即可。同时，设置为待调制的太赫兹波的相位调制变量，对于相位调制变量，有公式可以表示为：
Figure BDA0001625511580000052
其中，
Figure BDA0001625511580000053
为第一激光的相位，为第二激光的相位，可以理解，这里对于第一激光和第二激光的相位没有具体的数值限定，可以根据实际操作需要以及太赫兹波相位的调整需要进行调整，以本领域技术人员熟知的激光相位数值即可。将太赫兹波的频率、相位调制变量带入有效调制光强中进一步化简得到：
Figure BDA0001625511580000055
步骤S400，依据所述有效调制光强对所述第一激光和所述第二激光进行处理以获取所述待调制的太赫兹波的相位调制模型。
具体地，根据有效调制光强的公式，改变第一激光或第二激光的相位，这里可以是只改变第一激光的相位，也可以是只改变第二激光的相位，同时对未改变相位的一束激光加载调制以获取太赫兹波的相位调制模型。示例性地，选取第二激光的相位
Figure BDA0001625511580000056
同时在第一激光
Figure BDA0001625511580000057
上加载相位调制，即
Figure BDA0001625511580000058
上述有效调制光强可以进一步写为：
Figure BDA0001625511580000059
其中，ωTHz为太赫兹波的频率，E0为第一激光与第二激光的电场近似值，
Figure BDA00016255115800000510
为待调制的太赫兹波的相位。当然，也可以不设置第二激光的相位
Figure BDA00016255115800000511
为0，这里这样取值是为了便于解释和理解，可以理解，也可以是通过设置第一激光的相位
Figure BDA00016255115800000512
而在第二激光上加载相位调制的方式，本发明对此不做进一步的限定，可以理解，具体怎样改变或者设置可以根据实际操作需要进行选择，在激光上加载调制的方法有很多，例如可以使用衍射光学元件(Diffraction Optical Elements，DOEs)或者空间光调制器(SpatialLight Modulators，SLMs)等，来实现激光波前相位的灵活调制。
步骤S500，将所述相位调制模型引入所述待调制的太赫兹波束以实现所述待调制的太赫兹波的波前相位调制。
具体地，将前一步骤得到的相位调制模型引入光电变频器件，这样由于待调制的太赫兹波的相位结构得到保留，然后再引入待调制的太赫兹波束，通过前一步骤对两束激光的相位的直接调制使待调制的太赫兹波的相位发生变化，从而实现太赫兹波束相位的间接灵活调制。
上述太赫兹波波前相位调制方法实施例，通过以两束频率差值为太赫兹波频率的激光来建立待调制的太赫兹波的相位调制模型的方式，进而将该相位调制模型迁移至太赫兹波束上，通过利用现有成熟的光学波段的相位调制技术，实现了太赫兹波波前相位的间接灵活调制，克服了现有相关器件不成熟导致的太赫兹波相位调制困难的问题，并且还不会引入除光电下变频损耗外的额外功率损耗。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种太赫兹波波前相位调制方法，其特征在于，包括：
将预设频率的第一激光和预设频率的第二激光加载至同一变频器；
获取所述变频器辐射出的电场功率；
通过所述电场功率获取所述变频器的有效调制光强以及待调制的太赫兹波；
依据所述有效调制光强对所述第一激光和所述第二激光进行处理以获取所述待调制的太赫兹波的相位调制模型；
将所述相位调制模型引入所述待调制的太赫兹波束以实现所述待调制的太赫兹波的波前相位调制。
2.根据权利要求1所述的太赫兹波波前相位调制方法，其特征在于，所述获取所述变频器辐射出的电场功率的步骤，包括：
获取所述第一激光和所述第二激光的叠加电场；
根据所述叠加电场获取所述变频器辐射出的电场功率。
3.根据权利要求2所述的太赫兹波波前相位调制方法，其特征在于，所述叠加电场的计算公式为：
Figure FDA0002243773350000011
其中，为第一激光的电场，E+为第一激光的幅值，为第二激光的电场，E-为第二激光的幅值，t表示时间，ω+为第一激光的频率，ω-为第二激光的频率，
Figure FDA0002243773350000014
为第一激光的相位，
Figure FDA0002243773350000015
为第二激光的相位。
4.根据权利要求2所述的太赫兹波波前相位调制方法，其特征在于，所述电场功率与所述叠加电场的平方成正比。
5.根据权利要求1所述的太赫兹波波前相位调制方法，其特征在于，所述通过所述电场功率获取所述变频器的有效调制光强以及待调制的太赫兹波的步骤，包括：
根据所述电场功率获取所述待调制的太赫兹波的频率以及相位调制变量；
根据所述频率和所述相位调制变量获取所述变频器的有效调制光强。
6.根据权利要求5所述的太赫兹波波前相位调制方法，其特征在于，所述待调制的太赫兹波的频率为所述第一激光的预设频率与所述第二激光的预设频率之间的差值。
7.根据权利要求5所述的太赫兹波波前相位调制方法，其特征在于，所述相位调制变量为所述第一激光与所述第二激光的相位差值。
8.根据权利要求5所述的太赫兹波波前相位调制方法，其特征在于，所述有效调制光强的计算公式为：
Figure FDA0002243773350000021
其中，ωTHz为所述待调制的太赫兹波的频率，
Figure FDA0002243773350000022
为相位调制变量，E0为第一激光与第二激光的电场近似值，t表示时间。
9.根据权利要求1所述的太赫兹波波前相位调制方法，其特征在于，所述依据所述有效调制光强对所述第一激光和所述第二激光进行处理以获取所述太赫兹波的相位调制模型的步骤，包括：
依据所述有效调制光强改变所述第一激光或所述第二激光的相位；
同时对未改变相位的一束激光加载调制以获取所述太赫兹波的相位调制模型。
10.根据权利要求9所述的太赫兹波波前相位调制方法，其特征在于，所述太赫兹波的相位调制模型的计算公式为：
Figure FDA0002243773350000023
其中，ωTHz为太赫兹波的频率，E0为第一激光与第二激光的电场近似值，
Figure FDA0002243773350000024
为待调制的太赫兹波的相位，t表示时间。
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