CN108919523A - 偏振态可调谐的太赫兹波发射器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器，将超材料层设置在铁磁纳米薄膜层上，超材料层上刻蚀有周期性的“十”字型镂空结构；通过样品架带动铁磁纳米薄膜层旋转，进而带动超材料层旋转，对太赫兹波的偏振态进行调制。本发明实施例中将调制偏振态的超材料层集成在太赫兹波发射器内，使从太赫兹发射器出射的太赫兹波的偏振态可控，而不需要在使用其他外部元件实现太赫兹波的偏振态的调制。可实现片上集成的窄带线偏振太赫兹波发射器、窄带椭圆偏振太赫兹波发射器和窄带圆偏振太赫兹波发射器；不仅可实现弱场太赫兹偏振可控的发射器，而且也可用于偏振可调控的强场太赫兹发生器。
Description
技术领域
本发明实施例涉及太赫兹脉冲产生技术领域，更具体地，涉及偏振态可调谐的太赫兹波发射器。
背景技术
太赫兹辐射在电磁波谱上位于远红外和毫米波之间，该频段的特殊位置赋予了该频段特殊的性质，比如太赫兹频率对应生物大分子的振动能级和转动能级，对应水分子的氢键能量和范德瓦尔斯力的能量，许多生物分子在这个频段都具有指纹光谱，可应用在物质鉴别和识别；太赫兹频段意味着更大的信息容量，为通信遥感、航空航天提供更好的通信手段。太赫兹辐射在物理、化学、材料、生物、医学等各个领域均具有广泛的应用前景。
目前，各种基于光学和电子学的太赫兹辐射源应运而生，产生了各种基于电学的低频窄带太赫兹辐射源和高频宽带太赫兹辐射源。随着超快激光技术的发展，基于飞秒激光技术的太赫兹辐射源能够获得更为小型化、更可靠、更稳定以及成本更低的太赫兹辐射源，可满足实验研究和部分应用的需要，因此，基于超快激光技术的太赫兹辐射源获得了快速的发展。
但是太赫兹技术并未取得大量的实际应用，阻碍太赫兹科学与技术发展和应用的关键依然在于高效率、低成本、高稳定性的太赫兹辐射源、高灵敏度的太赫兹探测器，以及各种太赫兹功能器件的缺乏，太赫兹功能器件的缺乏极大地阻碍了太赫兹技术在实际应用中的进展，比如各种太赫兹倍频器、和频器、偏振器件的缺乏使得对太赫兹波的操控极其困难。现有技术中提供的偏振器件包括太赫兹偏振片，太赫兹偏振片多是基于集成的石英晶体，利用太赫兹偏振片的双折射效应实现太赫兹偏振态的调制；偏振器件可采用超材料制备，将线偏振的太赫兹辐射调制为圆偏振的太赫兹波；偏振器件包括硅片，通过硅片对光的强吸收，在泵浦光上制备周期性结构，从而实现将线偏振的太赫兹波调制为圆偏振的太赫兹波；偏振器件还包括针对空气等离子源开发的圆形线圈，实现圆偏振态的太赫兹波的制备；偏振器件还包括螺旋对数天线，实现圆偏振的太赫兹波发射。
目前，可实现圆偏振态的太赫兹波发射器具体包括以下几种：1)基于飞秒激光泵浦的双色场圆偏振态太赫兹波发射器。该发射器是利用一束800nm的高能飞秒激光脉冲作用在BBO倍频晶体上产生一束400nm波长的超短激光脉冲，800nm和400nm的激光脉冲束同时聚焦在空气中，产生空气等离子体，从而产生一束太赫兹波。在等离子体的太赫兹源周围外加金属螺旋线圈，并在线圈上通电，即可产生圆偏振的太赫兹发射。通过改变线圈的缠绕方向，可分别实现左旋和右旋的圆偏振太赫兹发射器。但是该双色场圆偏振态太赫兹波发射器需要高能激光器泵浦，产生圆偏振态太赫兹波的效率相对较低，而且基于等离子体的太赫兹波非常不稳定，基于这样的太赫兹源搭建的太赫兹系统信噪比不高，很难将该双色场圆偏振态太赫兹波发射器应用在实际的太赫兹光谱和成像系统中。2)基于螺旋对数天线的圆偏振态太赫兹波发射器。将光电导天线设计成螺旋对数形状，在外加激光泵浦的情况下，通过外加偏置电压，即可产生圆偏振态的太赫兹波，改变螺旋对数天线的旋转方向，即可分别获得左旋或右旋的圆偏振态太赫兹波的发射。基于光电导天线的圆偏振态太赫兹波发射器的光生载流子容易饱和，外加偏置电压很容易导致光电导天线击穿，且辐射效率低，结构复杂，需要微加工技术制备天线结构，而且需要外加偏置电压，无法应用在高能强场太赫兹波的产生上。3)通过手性超材料实现圆偏振态的太赫兹波的产生。在已经产生的太赫兹光路中，通过外加一个经过特殊设计的手性超材料器件，即可将线偏振的太赫兹波调制成圆偏振。根据手性超材料的设计，可分别实现左旋或右旋的圆偏振态的太赫兹波。但是手性超材料器件设计和加工复杂，尤其是对加工工艺的要求精度高，导致获得的圆偏振特性并不能达到预期目标，且成本非常高。
上述的太赫兹波发射器虽然均可实现圆偏振态的太赫兹波发射，但是均无法实现偏振态可调谐，因此现急需提供一种太赫兹波发射器，以实现发射的太赫兹波的偏振态可调谐。
发明内容
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器。
本发明实施例提供了一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器，包括：铁磁纳米薄膜层、超材料层和可旋转的样品架；
所述铁磁纳米薄膜层固定在所述样品架上，且所述铁磁纳米薄膜层处于恒定磁场内；
所述超材料层设置在所述铁磁纳米薄膜层上，所述超材料层上刻蚀有周期性的“十”字型镂空结构；所述样品架带动所述铁磁纳米薄膜层以及所述超材料层旋转；
泵浦激光沿垂直于所述铁磁纳米薄膜层的方向依次透过所述铁磁纳米薄膜层和所述超材料层，产生基于所述超材料层旋转控制偏振态的太赫兹波。
本发明实施例提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，将超材料层设置在铁磁纳米薄膜层上，超材料层上刻蚀有周期性的“十”字型镂空结构；通过样品架带动铁磁纳米薄膜层旋转，进而带动超材料层旋转，对太赫兹波的偏振态进行调制。本发明实施例中将调制偏振态的超材料层集成在太赫兹波发射器内，使从太赫兹发射器出射的太赫兹波的偏振态可控，而不需要在使用其他外部元件实现太赫兹波的偏振态的调制。可实现片上集成的窄带线偏振太赫兹波发射器、窄带椭圆偏振太赫兹波发射器和窄带圆偏振太赫兹波发射器；不仅可实现弱场太赫兹偏振可控的发射器，而且也可用于偏振可调控的强场太赫兹发生器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器中圆环形样品台的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器中超材料层上刻蚀的“十”字型镂空结构的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器中旋转角度与出射的太赫兹波的椭圆率之间的关系示意图；
图6为本发明实施例提供的一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器中铁磁纳米薄膜层的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器中超材料层设置在第二表面上时太赫兹波发射器的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器中超材料层设置在铁磁纳米薄膜本体远离衬底的表面上时太赫兹波发射器的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器中超材料层上刻蚀的“十”字型镂空结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例提供了一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器，包括：铁磁纳米薄膜层1、超材料层2和可旋转的样品架(图1中未画出)；所述铁磁纳米薄膜层1固定在所述样品架上，且所述铁磁纳米薄膜层1处于恒定磁场内。
超材料层2设置在铁磁纳米薄膜层1上，超材料层2上刻蚀有周期性的“十”字型镂空结构；所述样品架带动所述铁磁纳米薄膜层1以及所述超材料层2旋转。
泵浦激光沿垂直于所述铁磁纳米薄膜层的方向依次透过所述铁磁纳米薄膜层1和所述超材料层2，产生基于所述超材料层1旋转控制偏振态的太赫兹波。
具体地，本发明实施例中采用泵浦激光垂直照射处于恒定磁场内的铁磁纳米薄膜层，产生太赫兹波。由于铁磁纳米薄膜层处于恒定磁场内，磁场均匀分布，则由泵浦激光照射铁磁纳米薄膜层产生的太赫兹波的偏振态为线偏振。同时，在铁磁纳米薄膜层上设置有超材料层，当产生的太赫兹波照射在超材料层时，超材料层对太赫兹波的偏振态进行调制。当样品架旋转时，带动铁磁纳米薄膜层旋转，进而带动超材料层旋转，太赫兹波入射在超材料层上的方位角发生变化，导致超材料层控制太赫兹波的偏振态发生变化。太赫兹波入射在超材料层上的方位角即线偏振态的太赫兹波的电场分量与超材料层上“十”字型镂空结构的水平臂之间的夹角。
本发明实施例中采用的样品架可以采用圆环形样品台3实现，其中通过圆环形样品台3实现的偏振态可调谐的太赫兹波发射器的具体结构如图2所示，铁磁纳米薄膜层1通过超材料层2固定在圆环形样品台上。图2中圆环形样品台3的具体结构如图3所示，圆环形样品台3具体包括内圆31和圆环形台面32，铁磁纳米薄膜层1通过超材料层2固定在内圆31上。此时，本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，产生的太赫兹波通过圆环形样品台3的内圆31射出。
如图4所示，为超材料层上刻蚀的“十”字型镂空结构的示意图，图4中仅示出了超材料层上刻蚀有9个“十”字型镂空结构的情况。
本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，将超材料层设置在铁磁纳米薄膜层上，超材料层上刻蚀有周期性的“十”字型镂空结构；通过样品架带动铁磁纳米薄膜层旋转，进而带动超材料层旋转，对太赫兹波的偏振态进行调制。本发明实施例中将调制偏振态的超材料层集成在太赫兹波发射器内，使从太赫兹发射器出射的太赫兹波的偏振态可控，而不需要在使用其他外部元件实现太赫兹波的偏振态的调制。可实现片上集成的窄带线偏振太赫兹波发射器、窄带椭圆偏振太赫兹波发射器和窄带圆偏振太赫兹波发射器；不仅可实现弱场太赫兹偏振可控的发射器，而且也可用于偏振可调控的强场太赫兹发生器。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，所述太赫兹波的偏振态由所述样品架的旋转角度确定。
具体地，如图4所示，本发明实施例中采用的铁磁纳米薄膜层的截面为方形，横向和纵向分别具有三个“十”字型镂空结构均匀分布。以“十”字型镂空结构的中心为坐标原点、“十”字型镂空结构的水平臂为x轴、竖直臂为y轴、沿太赫兹波传播方向为z轴建立直角坐标系，若产生的太赫兹波的偏振方向与“十”字型镂空结构的水平臂平行(即太赫兹波入射在超材料层上的方位角为0)，则说明此时太赫兹波的电场分量沿x轴方向，从太赫兹波发射器出射的太赫兹波为线偏振态；当样品架发生旋转，且旋转角度为θ，即太赫兹波入射在超材料层上的方位角为θ时，旋转角度与出射的太赫兹波的椭圆率之间的关系如图5所示，图5横坐标为旋转角度，纵坐标为从太赫兹波发射器出射的太赫兹波的椭圆率。图5中显示，当旋转角度为θ＝45度时出射的太赫兹波的偏振态为左旋圆偏振，当旋转角度为θ＝135度时出射的太赫兹波的偏振态为右旋圆偏振，当旋转角度为θ＝0、90、180度时出射的太赫兹波的偏振态为线偏振，当旋转角度为0<θ＜90且不等于45度时出射的太赫兹波的偏振态为左旋椭圆偏振，当旋转角度为90<θ＜180且不等于135度时出射的太赫兹波的偏振态为右旋椭圆偏振。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，所述铁磁纳米薄膜层具体包括：铁磁纳米薄膜本体和衬底；
所述铁磁纳米薄膜本体生长在所述衬底的第一表面上；
相应地，所述超材料层设置在所述衬底的第二表面上，或者设置在所述铁磁纳米薄膜本体远离所述衬底的表面上。
具体地，如图6所示，本发明实施例中铁磁纳米薄膜层1具体包括：铁磁纳米薄膜本体11和衬底12；铁磁纳米薄膜本体11生长在衬底12的第一表面上。
由于铁磁纳米薄膜层1包括两个表面，一个表面为衬底12的第二表面122，另一个表面为铁磁纳米薄膜本体远离衬底的表面111。超材料层可以设置在铁磁纳米薄膜层1的任一表面上，例如，如图7所示，为超材料层可以设置在第二表面上时太赫兹波发射器的结构示意图，泵浦激光经铁磁纳米薄膜本体11、衬底12以及超材料层2后出射偏振态可调谐的太赫兹波。如图8所示，为超材料层可以设置在铁磁纳米薄膜本体11远离衬底12的表面上时太赫兹波发射器的结构示意图，泵浦激光经衬底12、铁磁纳米薄膜本体11以及超材料层2后出射偏振态可调谐的太赫兹波。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，所述铁磁纳米薄膜本体具体包括：金属层和铁磁层；
所述金属层设置在所述铁磁层上方、所述铁磁层下方或者所述铁磁层的上方和下方。
具体地，本发明实施例中的铁磁纳米薄膜具体包括：金属层和铁磁层；金属层可以设置在铁磁层上方或铁磁层下方，或者在铁磁层的上方和下方均设置有金属层。金属层可以是铂(Pt)，也可以是钨(W)。本发明实施例中，为提高太赫兹波的产生效率，可通过改变金属层和铁磁层的膜层厚度、层数等参数进行优化；可同时对金属层的膜层厚度、层数，以及铁磁层的膜层厚度、层数进行优化，也可分别对金属层的膜层厚度、层数，以及铁磁层的膜层厚度、层数进行优化，本发明实施例中对此不作具体限定。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，采用的衬底的材料包括：玻璃、石英、氧化镁、蓝宝石、钛宝石、高祖硅、砷化镓或者高分子聚合物。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，所述超材料层的厚度的取值范围为80-100nm。
具体地，由于超材料层上刻蚀的“十”字型镂空结构是一种镂空结构，所以“十”字型镂空结构的深度的取值范围也为80-100nm。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，所述“十”字型镂空结构具有预设宽度，且所述“十”字型镂空结构的竖直臂具有第一预设长度，所述“十”字型镂空结构的水平臂具有第二预设长度。
具体地，如图9所示，本发明实施例中在超材料层上刻蚀的“十”字型镂空结构具有预设宽度W，且“十”字型镂空结构的竖直臂具有第一预设长度ly，“十”字型镂空结构的水平臂具有第二预设长度lx。其中，预设宽度、第一预设长度以及第二预设长度的具体取值与出射的太赫兹波的频率直接相关，可以根据太赫兹波的频率设置预设宽度、第一预设长度以及第二预设长度的合适取值，本发明实施例中在此不作具体限定。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器还包括：第一磁铁和第二磁铁；
所述第一磁铁和所述第二磁铁均分别固定在所述样品架上，且与所述铁磁纳米薄膜层在同一平面内；
所述第一磁铁和所述第二磁铁用于产生所述恒定磁场。
具体地，本发明实施例中采用第一磁铁和第二磁铁产生恒定磁场，可以将第一磁铁和第二磁铁设置在一条直线上，第一磁铁的第一极和第二磁铁的第二极相对设置，第一极和第二极的极性相反，铁磁纳米薄膜层设置在第一极和第二极之间。
作为优选方案，本发明实施例中通过选择合适的第一磁铁和第二磁铁，使产生的恒定磁场的磁场强度为100mT。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器中，超材料层的材料为金属金。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的偏振态可调谐的太赫兹波发射器中，泵浦激光由飞秒激光器产生；飞秒激光器具体为飞秒激光振荡器、飞秒激光放大器或者光纤飞秒激光器；飞秒激光器输出的泵浦激光的脉冲宽度小于1ps。
本发明实施例中，将超材料层直接加工制备到磁性纳米薄膜层上，将发射器和偏振调谐器件集成在了一起。而传统的太赫兹波发射器和偏振调谐器是两个分离的器件，拥有各自独立的功能。而且，传统的磁性纳米薄膜层产生的太赫兹波的偏振态为线偏振，太赫兹的偏振方向与外加磁场方向垂直。而本发明实施例中通过在磁性纳米薄膜层上集成了用于调谐太赫兹波偏振态的超材料层，则可通过旋转样品架，即使在外部磁场方向固定的情况下，也可以获得线偏振、圆偏振和椭圆偏振的太赫兹波，且太赫兹波的偏振态随样品架的旋转角度的改变而改变。根据旋转角度的不同，也可产生左旋圆偏振、右旋圆偏振、左旋椭圆偏振和右旋椭圆偏振的太赫兹波。当从磁性纳米薄膜层产生的太赫兹波的偏振方向与超材料层的“十”字型镂空结构的两个臂的夹角为45度时，产生左旋圆偏振太赫兹波；当夹角为135度时，产生右旋圆偏振太赫兹波。如果偏振方向与两个臂中的任何一个臂平行，则产生线偏振太赫兹波；而对于其它夹角，则产生左旋椭圆偏振太赫兹波或右旋椭圆偏振太赫兹波。
通过对超材料层的“十”字型镂空结构的参数(即预设宽度、第一预设长度和第二预设长度)进行优化设计，可以实现对各个频率的太赫兹波的偏振态的调谐。这里的磁性纳米薄膜层的发射频带受限于作用在磁性纳米薄膜层的泵浦激光的脉冲宽度，由于本发明实施例中采用的飞秒激光器输出的泵浦激光的脉冲宽度小于1ps，因此产生的太赫兹波可从100GHz覆盖到30THz频带。因此，可通过改变超材料层的“十”字型镂空结构的参数，实现对这个频率范围内的所有频率的偏振态的操控。
需要说明的是，本发明实施例中提供的磁性纳米薄膜层和超材料层均可制备在柔性衬底上，只要该衬底材料在100GHz-30THz频段，对太赫兹波的吸收很低，即可制备集成化偏振可调谐太赫兹波发射器。
本发明的优点在于：
1)集成化程度高：将超材料层直接集成到磁性纳米薄膜层上面，在线偏振的太赫兹波产生后直接对太赫兹波的偏振态进行调制。使得发射器和偏振调节器可共用太赫兹波的衬底材料，将两个孤立的器件集成到了一起，便于将来应用到片上集成太赫兹光电子学。
2)偏振调谐原理简单：该偏振态可调谐的太赫兹波发射器基于相对成熟的反自旋霍尔效应的原理，通过超材料层的“十”字型镂空结构的参数结构设计，可实现对不同频率产生的太赫兹波的偏振调制。偏振态的调制直接由超材料层的“十”字型镂空结构设计来完成。
3)无需外加偏执电压：基于自旋的强场太赫兹波发射器无需外加偏执电压，从而降低了成本，降低了系统的复杂程度。由此实现的偏振可调谐的太赫兹波发射器，只需要施加磁场强度为100mT的外部恒定磁场即可。
4)调谐带宽宽：由于发射机理的不同，产生的太赫兹波的频谱宽度仅仅受限于泵浦激光的脉冲宽度，而不受限于材料本身的声子振动频率和吸收等，因此可实现超宽带偏振可调谐的太赫兹波发射器。
5)成本低：由于铁磁纳米薄膜层的生长技术简单，可大面积制备，跟传统的非线性晶体和高导天线相比，极大地降低了发射器的成本。而且将偏振调谐器件直接制备到磁性纳米薄膜层上，使得它们共用衬底材料，也降低了成本。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种偏振态可调谐的太赫兹波发射器，其特征在于，包括：铁磁纳米薄膜层、超材料层和可旋转的样品架；
所述铁磁纳米薄膜层固定在所述样品架上，且所述铁磁纳米薄膜层处于恒定磁场内；
所述超材料层设置在所述铁磁纳米薄膜层上，所述超材料层上刻蚀有周期性的“十”字型镂空结构；所述样品架带动所述铁磁纳米薄膜层以及所述超材料层旋转；
泵浦激光沿垂直于所述铁磁纳米薄膜层的方向依次透过所述铁磁纳米薄膜层和所述超材料层，产生基于所述超材料层旋转控制偏振态的太赫兹波。
2.根据权利要求1所述的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，其特征在于，所述太赫兹波的偏振态由所述样品架的旋转角度确定。
3.根据权利要求1所述的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，其特征在于，所述铁磁纳米薄膜层具体包括：铁磁纳米薄膜本体和衬底；
所述铁磁纳米薄膜本体生长在所述衬底的第一表面上；
相应地，所述超材料层设置在所述衬底的第二表面上，或者设置在所述铁磁纳米薄膜本体远离所述衬底的表面上。
4.根据权利要求3所述的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，其特征在于，所述铁磁纳米薄膜本体具体包括：金属层和铁磁层；
所述金属层设置在所述铁磁层上方、所述铁磁层下方或者所述铁磁层的上方和下方。
5.根据权利要求3所述的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，其特征在于，所述衬底的材料包括：玻璃、石英、氧化镁、蓝宝石、钛宝石、高祖硅、砷化镓或者高分子聚合物。
6.根据权利要求1所述的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，其特征在于，所述超材料层的厚度的取值范围为80-100nm。
7.根据权利要求1所述的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，其特征在于，所述“十”字型镂空结构具有预设宽度，且所述“十”字型镂空结构的竖直臂具有第一预设长度，所述“十”字型镂空结构的水平臂具有第二预设长度。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，其特征在于，还包括：第一磁铁和第二磁铁；
所述第一磁铁和所述第二磁铁均分别固定在所述样品架上，且与所述铁磁纳米薄膜层在同一平面内；
所述第一磁铁和所述第二磁铁用于产生所述恒定磁场。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，其特征在于，所述超材料层的材料为金属金。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的偏振态可调谐的太赫兹波发射器，其特征在于，所述泵浦激光由飞秒激光器产生；
所述飞秒激光器具体为飞秒激光振荡器、飞秒激光放大器或者光纤飞秒激光器；所述飞秒激光器输出的泵浦激光的脉冲宽度小于1ps。
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109888506A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-06-14 | 西安理工大学 | 一种频率可调太赫兹多带吸收器 |
| CN110018132A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-07-16 | 北京航空航天大学青岛研究院 | 一种自旋生物传感器及太赫兹时域光谱系统 |
| CN110108662A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-09 | 上海理工大学 | 集成化太赫兹产生聚焦滤波元件及太赫兹检测系统 |
| CN110518439A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-29 | 电子科技大学 | 一种宽带手性太赫兹发射源及发射方法 |
| CN110718763A (zh) * | 2019-09-17 | 2020-01-21 | 北京航空航天大学 | 一种基于cmos工艺的可调谐超材料器件 |
| CN111916976A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-10 | 北京航空航天大学 | 一种基于自旋发射的超宽带偏振可调谐太赫兹辐射源 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105914564A (zh) * | 2016-06-14 | 2016-08-31 | 西南交通大学 | 一种高强度宽带太赫兹波发生器 |
| CN208847991U (zh) * | 2018-09-03 | 2019-05-10 | 北京航空航天大学 | 偏振态可调谐的太赫兹波发射器 |
| CN113964627A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-01-21 | 中国科学技术大学 | 一种性能可调的太赫兹波发射器 |
-
2018
- 2018-09-03 CN CN201811020719.6A patent/CN108919523A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105914564A (zh) * | 2016-06-14 | 2016-08-31 | 西南交通大学 | 一种高强度宽带太赫兹波发生器 |
| CN208847991U (zh) * | 2018-09-03 | 2019-05-10 | 北京航空航天大学 | 偏振态可调谐的太赫兹波发射器 |
| CN113964627A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-01-21 | 中国科学技术大学 | 一种性能可调的太赫兹波发射器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李爱云: "基于超材料的太赫兹偏振器研究", 激光杂志, vol. 39, no. 7, pages 20 - 24 * |
| 陈俊: "基于超材料的可调谐的太赫兹波宽频吸收器", 物理学报, vol. 68, no. 24, pages 1 - 7 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109888506A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-06-14 | 西安理工大学 | 一种频率可调太赫兹多带吸收器 |
| CN109888506B (zh) * | 2019-01-04 | 2020-12-22 | 西安理工大学 | 一种频率可调太赫兹多带吸收器 |
| CN110108662A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-09 | 上海理工大学 | 集成化太赫兹产生聚焦滤波元件及太赫兹检测系统 |
| CN110108662B (zh) * | 2019-05-16 | 2021-07-13 | 上海理工大学 | 集成化太赫兹产生聚焦滤波元件及太赫兹检测系统 |
| CN110018132A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-07-16 | 北京航空航天大学青岛研究院 | 一种自旋生物传感器及太赫兹时域光谱系统 |
| CN110518439A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-29 | 电子科技大学 | 一种宽带手性太赫兹发射源及发射方法 |
| CN110718763A (zh) * | 2019-09-17 | 2020-01-21 | 北京航空航天大学 | 一种基于cmos工艺的可调谐超材料器件 |
| CN110718763B (zh) * | 2019-09-17 | 2020-08-04 | 北京航空航天大学 | 一种基于cmos工艺的可调谐超材料器件 |
| CN111916976A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-10 | 北京航空航天大学 | 一种基于自旋发射的超宽带偏振可调谐太赫兹辐射源 |
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