CN113871820A - 一种太赫兹载波包络移相器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太赫兹载波包络移相器，其包括基底以及设置在基底表面的第一相位调制器和第二相位调制器。第一相位调制器具有第一相位调制角度。第二相位调制器具有与第一相位调制角度不同的第二相位调制角度。太赫兹脉冲经过第一相位调制器和基底后的载波包络相位与太赫兹脉冲经过第二相位调制器和基底后的载波包络相位不同。在太赫兹载波包络移相器中，可以通过太赫兹载波包络移相器的简单位移，从而使太赫兹脉冲穿过不同的相位调制器来获得所需的载波包络相位；此外，通过改变第一相位调制器或者第二相位调制器中的微结构的几何参数和空间位置，太赫兹脉冲的载波包络相位可以覆盖0‑2π，进而调节太赫兹脉冲电场的极性。

Description

一种太赫兹载波包络移相器

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，具体涉及一种太赫兹载波包络移相器。

背景技术

超短脉冲的内部相位被称为载波包络相位，它是周期量级的脉冲与物质相互作用的一个重要参数。高功率太赫兹源的发展使研究人员能够诱导强场太赫兹脉冲与物质相互作用，当这种超短脉冲与物质相互作用时，这种相互作用不仅取决于脉冲的强度包络线，还取决于载波的相位。许多光与物质间的相互作用依赖于载波包络相位，因此超短脉冲的载波包络相位的控制技术十分重要，例如在控制等离子体中的电子集体运动、隧道扫描显微镜中隧道电流的方向、光学极化等领域。在太赫兹波段，缺乏可以高效控制太赫兹脉冲载波包络相位的自然材料，通常采用不同类型的棱镜波板或电光棱镜间的级联来控制太赫兹脉冲的载波包络相位，然而这些方案在实际应用中操纵不便、效率较低、不易集成,极大地限制了太赫兹载波包络移相器在特定领域中的实际应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种太赫兹载波包络移相器，以解决现有的太赫兹脉冲的载波包络相位控制不便的问题。

本发明其中一实施例提供了一种太赫兹载波包络移相器，包括：

基底；

第一相位调制器，设置在所述基底的表面，所述第一相位调制器具有第一相位调制角度；以及

第二相位调制器，设置在所述基底的表面，所述第二相位调制器具有第二相位调制角度，所述第二相位调制角度不同于所述第一相位调制角度，以使得太赫兹脉冲经过所述第一相位调制器和所述基底后的载波包络相位与太赫兹脉冲经过所述第二相位调制器和所述基底后的载波包络相位不同。

在其中一实施例中，所述第一相位调制器包括第一介质板、第一横向金属线栅、第一纵向金属线栅以及第一谐振器，所述第一横向金属线栅和所述第一纵向金属线栅设置在所述第一介质板的两个相反表面，所述第一谐振器设置在所述第一介质板内部，且位于所述第一横向金属线栅和所述第一纵向金属线栅之间，所述第一谐振器具有第一对称轴，所述第一对称轴与横向方向形成第一夹角；

和/或，所述第二相位调制器包括第二介质板、第二横向金属线栅、第二纵向金属线栅以及第二谐振器，所述第二横向金属线栅和所述第二纵向金属线栅设置在所述第二介质板的两个相反表面，所述第二谐振器设置在所述第二介质板内部，且位于所述第二横向金属线栅和所述第二纵向金属线栅之间，所述第二谐振器具有第二对称轴，所述第二对称轴与横向方向形成第二夹角。

在其中一实施例中，所述第一谐振器的第一对称轴与横向方向形成的第一夹角不同于所述第二谐振器的第二对称轴与横向方向形成的第二夹角。

在其中一实施例中，所述第一横向金属线栅位于第一平面上，所述第一纵向金属线栅位于第二平面上，所述第一谐振器位于第三平面上，所述第一平面、所述第二平面以及所述第三平面平行设置；

和/或，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅和所述第一谐振器的几何中心同轴设置；

和/或，所述第二横向金属线栅位于第四平面上，所述第二纵向金属线栅位于第五平面上，所述第二谐振器位于第六平面上，所述第四平面、所述第五平面以及所述第六平面平行设置；

和/或，所述第二横向金属线栅、所述第二纵向金属线栅和所述第二谐振器的几何中心同轴设置。

在其中一实施例中，所述第一平面和所述第四平面共面设置；

和/或，所述第二平面和所述第五平面共面设置；

和/或，所述第三平面和所述第六平面共面设置。

在其中一实施例中，所述第一相位调制器或者所述第二相位调制器的横向宽度范围为66-86微米；所述第一相位调制器或者所述第二相位调制器的纵向宽度范围为66-86微米。

在其中一实施例中，所述第一介质板或者所述第二介质板选自聚酰亚胺板或二氧化硅板其中一种或者多种；

和/或，所述第一介质板或者所述第二介质板的边长范围为66-86微米；所述第一介质板或者所述第二介质板的厚度范围为50-70微米。

在其中一实施例中，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的金属部分选自金片、铜片或者铝片其中一种或者多种；

和/或，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的金属部分的厚度范围为0.2-0.8微米。

在其中一实施例中，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的长边为76微米；

和/或，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的短边为68微米；

和/或，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的金属部分的宽度为8微米；

和/或，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的相邻两个金属部分的边缘间距为8微米。

在其中一实施例中，所述第一谐振器或者所述第二谐振器选自V形金属片或者C形金属片其中一种；

和/或，所述第一谐振器或者所述第二谐振器的厚度范围为0.2-0.8微米；

和/或，所述第一谐振器或者所述第二谐振器的外径范围为25-40微米；

和/或，所述第一谐振器或者所述第二谐振器的内径范围为20-35微米；

和/或，所述第一谐振器或者所述第二谐振器的开口角范围为20度到150度之间。

在其中一实施例中，所述第一谐振器的第一对称轴与横向方向的第一夹角范围为40度到50度之间；

和/或，所述第二谐振器的第二对称轴与横向方向的第二夹角范围为-50度到-40度之间；

和/或，所述第一谐振器的第一对称轴和所述第二谐振器的第二对称轴之间形成第三夹角，所述第三夹角为90度。

在其中一实施例中，太赫兹脉冲的波束直径为所述第一相位调制器或者所述第二相位调制器的纵向边长的0.5-1.0倍。

在其中一实施例中，所述基底的横向边长大于或者等于所述第一相位调制器和所述第二相位调制器的横向边长之和；

和/或，所述基底的纵向边长大于或者等于所述第一相位调制器和所述第二相位调制器的纵向边长之和；

和/或，所述基底的厚度范围为50-100微米。

在本发明实施例所提供的太赫兹载波包络移相器中，通过设置第一相位调制器和第二相位调制器，并使得第一相位调制器的第一相位调制角度不同于第二相位调制器的第二相位调制角度，当太赫兹脉冲经过所述第一相位调制器和所述基底后的载波包络相位，不同于太赫兹脉冲经过所述第二相位调制器和所述基底后的载波包络相位。在所述太赫兹载波包络移相器中，一方面，可以通过太赫兹载波包络移相器的简单位移，从而使太赫兹脉冲穿过不同的相位调制器来获得所需的载波包络相位；另一方面，通过改变第一相位调制器或者第二相位调制器中的微结构的几何参数和空间位置，太赫兹脉冲的载波包络相位可以覆盖0-2π，进而调节太赫兹脉冲电场的极性。与传统的太赫兹载波包络移相器相比，本发明实施例提供的太赫兹载波包络移相器具有轻薄高效、低成本、操作简单、容易实现片上集成等优点。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的太赫兹载波包络移相器的结构示意图；

图2为图1中的第一相位调制器的结构示意图；

图3为图2中的第一相位调制器的侧面示意图；

图4为图3中的第一相位调制器沿C-C方向的剖面示意图；

图5为图1中的第二相位调制器的结构示意图；

图6为图5中的第二相位调制器的侧面示意图；

图7为图6中的第二相位调制器沿C-C方向的剖面示意图；

图8为太赫兹脉冲分别从第一相位调制阵列和从第二相位调制阵列前入射其各自的时域波形示意图；

图9为图8中的时域波形经过傅里叶变换获得的相位谱图；

图10为图1中的第一相位调制阵列和第二相位调制阵列的位置示意图；

图11为本发明另一实施例提供的相位调制阵列的位置示意图；

图12为本发明再一实施例提供的相位调制阵列的位置示意图；

图13为本发明又一实施例提供的相位调制阵列的位置示意图；

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明其中一实施例提供了一种太赫兹载波包络移相器，包括：

基底；

第一相位调制器，设置在所述基底的表面，所述第一相位调制器具有第一相位调制角度；以及

第二相位调制器，设置在所述基底的表面，所述第二相位调制器具有第二相位调制角度，所述第二相位调制角度不同于所述第一相位调制角度，以使得太赫兹脉冲经过所述第一相位调制器和所述基底后的载波包络相位与太赫兹脉冲经过所述第二相位调制器和所述基底后的载波包络相位不同。

在本发明实施例所提供的太赫兹载波包络移相器中，通过设置第一相位调制器和第二相位调制器，并使得第一相位调制器的第一相位调制角度不同于第二相位调制器的第二相位调制角度，当太赫兹脉冲经过所述第一相位调制器和所述基底后的载波包络相位，不同于太赫兹脉冲经过所述第二相位调制器和所述基底后的载波包络相位。在所述太赫兹载波包络移相器中，一方面，可以通过太赫兹载波包络移相器的简单位移，从而使太赫兹脉冲穿过不同的相位调制器来获得所需的载波包络相位；另一方面，通过改变第一相位调制器或者第二相位调制器中的微结构的几何参数和空间位置，太赫兹脉冲的载波包络相位可以覆盖0-2π，进而调节太赫兹脉冲电场的极性。与传统的太赫兹载波包络移相器相比，本发明实施例提供的太赫兹载波包络移相器具有轻薄高效、低成本、操作简单、容易实现片上集成等优点。

请参见图1，本发明其中一实施例提供了一种太赫兹载波包络移相器100。所述太赫兹载波包络移相器100包括基底110，以及设置在基底110表面的第一相位调制阵列A和第二相位调制阵列B。在本实施例中，所述基底110为硅基底，其由高阻硅片制成。所述第一相位调制阵列A和所述第二相位调制阵列B用于调整太赫兹脉冲300的载波包络相位。在所述太赫兹载波包络移相器100的具体应用过程中，太赫兹波从所述基底110的具有所述第一相位调制阵列A或者所述第二相位调制阵列B的一侧入射，并从所述基底110的另一侧出射。具体地，当太赫兹波依次经过所述第一相位调制阵列A和所述基底110后，其具有第一载波包络相位。当太赫兹波依次经过所述第二相位调制阵列B和所述基底110后，其具有第二载波包络相位。所述第一载波包络相位与所述第二载波包络相位不同。

在其中一个实施例中，所述基底110的横向边长大于或者等于所述第一相位调制阵列A和所述第二相位调制阵列B的横向边长之和。所述基底110的纵向边长大于或者等于所述第一相位调制阵列A和所述第二相位调制阵列B的纵向边长之和。通过对所述基底110的横向边长和纵向边长进行设置，当太赫兹脉冲300从所述第一相位调制阵列A传输至所述基底110时，或者从所述第二相位调制阵列B传输至所述基底110时，可以保证太赫兹脉冲300都经过所述基底110出射到外界。根据需要，所述基底110的厚度范围为50-100微米。

在其中一个实施例中，太赫兹脉冲300的波束直径为所述第一相位调制阵列A或者所述第二相位调制阵列B的纵向边长的0.5-1.0倍。此时，当太赫兹脉冲300入射至所述第一相位调制阵列A时，其入射区域可以仅限定与在第一相位调制阵列A的区域范围内；当太赫兹脉冲300入射至所述第二相位调制阵列B时，其入射区域可以仅限定与在第二相位调制阵列B的区域范围内。所述太赫兹脉冲300的波束直径的设置方式可以使太赫兹脉冲300在入射至第一相位调制阵列A时，以及太赫兹脉冲300在入射至第二相位调制阵列B时，其相互之间不会产生干扰。

在本实施例中，所述第一相位调制阵列A包括多个第一相位调制器120。所述第二相位调制阵列B包括多个第二相位调制器130。具体地，所述第一相位调制阵列A包括n*m个第一相位调制器120；所述第二相位调制阵列B包括n*m个第二相位调制器130。其中，n大于或者等于2；m大于或者等于2。可以理解地，所述第一相位调制阵列A中的第一相位调制器120的数量也可以与所述第二相位调制阵列B中的第二相位调制器130的数量不同，其可以根据实际需要具体设置。在本实施例中，所述第一相位调制器120的数量为4个，其排列成2*2的矩阵设置。所述第二相位调制器130的数量为4个，其排列成2*2的矩阵设置。

在本实施例中，所述第一相位调制器120设置在所述基底110的表面。所述第一相位调制器120具有第一相位调制角度

所述第二相位调制器130设置在所述基底110的表面。所述第二相位调制器130具有第二相位调制角度

所述第二相位调制角度

不同于所述第一相位调制角度

以使得太赫兹脉冲300经过所述第一相位调制器120和所述基底110后的载波包络相位与太赫兹脉冲300经过所述第二相位调制器130和所述基底110后的载波包络相位不同。

通过设置第一相位调制器120和第二相位调制器130，并使得第一相位调制器120的第一相位调制角度

不同于第二相位调制器130的第二相位调制角度

太赫兹脉冲300经过所述第一相位调制器120和所述基底110后的载波包络相位，不同于太赫兹脉冲300经过所述第二相位调制器130和所述基底110后的载波包络相位。在所述太赫兹载波包络移相器100中，一方面，可以通过太赫兹载波包络移相器100的简单位移，从而使太赫兹脉冲300穿过不同的相位调制器(第一相位调制器120或者第二相位调制器130)来获得所需的载波包络相位。另一方面，通过改变第一相位调制器120或者第二相位调制器130中的微结构的几何参数和空间位置，太赫兹脉冲300的载波包络相位可以覆盖0-2π，进而调节太赫兹脉冲300电场的极性。

请一并参见图2至图4，在其中一实施例中，所述第一相位调制器120包括第一介质板121、第一横向金属线栅122、第一纵向金属线栅123以及第一谐振器124。所述第一横向金属线栅122和所述第一纵向金属线栅123设置在所述第一介质板121的两个相反表面。在本实施例中，所述第一纵向金属线栅123设置在所述第一介质板121与所述基底110相对的表面上。所述第一横向金属线栅122设置在所述第一介质板121与所述基底110相反的表面上。所述第一谐振器124设置在所述第一介质板121的内部，且位于所述第一横向金属线栅122和所述第一纵向金属线栅123之间。所述第一谐振器124具有第一对称轴。所述第一对称轴与横向方向形成第一夹角ɑ1α1。在具体应用过程中，太赫兹脉冲300从所述第一介质板121的具有第一横向金属线栅122的一侧入射，经过第一谐振器124后，从所述第一介质板121的具有第一纵向金属线栅123的一侧出射，然后再经过所述基底110出射到外界环境。

请一并参见图5至图7，所述第二相位调制器130包括第二介质板131、第二横向金属线栅132、第二纵向金属线栅133以及第二谐振器134。所述第二横向金属线栅132和所述第二纵向金属线栅133设置在所述第二介质板131的两个相反表面。在本实施例中，所述第二纵向金属线栅133设置在所述第二介质板131与所述基底110相对的表面上。所述第二横向金属线栅132设置在所述第二介质板131与所述基底110相反的表面上。所述第二谐振器134设置在所述第二介质板131的内部，且位于所述第二横向金属线栅132和所述第二纵向金属线栅133之间。所述第二谐振器134具有第二对称轴。所述第二对称轴与横向方向形成第二夹角α2。

在其中一实施例中，所述第一谐振器124的第一对称轴与横向方向形成的第一夹角α1不同于所述第二谐振器134的第二对称轴与横向方向形成的第二夹角α2。由于谐振器的对称轴的方向与其相位调制角度相关，当所述第一谐振器124的第一对称轴与横向方向的第一夹角α1不同于所述第二谐振器134的第二对称轴与横向方向的第二夹角α2时，太赫兹脉冲300在经过所述第一谐振器124后的载波包络相位也与太赫兹脉冲300在经过所述第二谐振器134后的载波包络相位不同。因此，通过设置所述第一谐振器124和所述第二谐振器134，可以对太赫兹脉冲300的相位进行调制。

在其中一个实施例中，所述第一谐振器124或者所述第二谐振器134为开口型谐振环。具体地，所述第一谐振器124或者所述第二谐振器134选自V形金属片或者C形金属片中的其中一种或者多种。在本实施例中，所述第一谐振器124或者所述第二谐振器134为C形金属片。具体地，所述第一谐振器124或者所述第二谐振器134的厚度范围为0.2-0.8微米；和/或，所述第一谐振器124或者所述第二谐振器134的外径范围为25-40微米；和/或，所述第一谐振器124或者所述第二谐振器134的内径范围为20-35微米；和/或，所述第一谐振器124的开口角度β1的范围为20度到150度之间；和/或，所述第二谐振器134的开口角度β2的范围为20度到150度之间。通过对所述第一谐振器124或者所述第二谐振器134的厚度、外径、内径以及开口角度等的数值进行设置，所述第一谐振器124或者所述第二谐振器134可以有效地对太赫兹脉冲300的载波包络相位进行调制。

在其中一实施例中，所述第一谐振器124的第一对称轴与横向方向的第一夹角α1的范围为40度到50度之间；

和/或，所述第二谐振器134的第二对称轴与横向方向的第二夹角α2的范围为-50度到-40度之间。

在其中一个实施例中，所述第一谐振器124的第一对称轴和所述第二谐振器134的第二对称轴之间形成第三夹角α3。具体地，所述第三夹角α3为90度，从而使得所述第一谐振器124和所述第二谐振器134具有90度的旋转对称性。

在其中一实施例中，所述第一介质板121或者所述第二介质板131选自聚酰亚胺板或者二氧化硅板其中一种或者多种。所述第一介质板121或者所述第二介质板131的边长范围为66-86微米。所述第一介质板121或者所述第二介质板131的厚度范围为50-70微米。可以理解地，在选择所述第一介质板121或者所述第二介质板131的制作材料时，必须选择太赫兹脉冲透过率比较好的材料，而聚酰亚胺材料或者二氧化硅材料，由于其对太赫兹脉冲300的透过率较高，太赫兹脉冲300在经过所述第一介质板121或者所述第二介质板131时，其损失程度较小。

在其中一实施例中，所述第一横向金属线栅122位于第一平面上，所述第一纵向金属线栅123位于第二平面上，所述第一谐振器124位于第三平面上。所述第一平面、所述第二平面以及所述第三平面平行设置。通过使所述第一横向金属线栅122、所述第一纵向金属线栅123以及所述第一谐振器124所在的平面平行设置，当太赫兹脉冲300入射至所述第一谐振器124时，太赫兹脉冲300的传输方向可以垂直于或者近似垂直于所述第一横向金属线栅122、所述第一纵向金属线栅123以及所述第一谐振器124所在的平面，从而有利于所述第一谐振器124实现其调制太赫兹脉冲300的载波包络相位的功能。根据需要，所述第一横向金属线栅122、所述第一纵向金属线栅123和所述第一谐振器124的几何中心同轴设置，从而更好地实现其调制太赫兹脉冲300的载波包络相位的功能。

在其中一个实施例中，所述第二横向金属线栅132位于第四平面上，所述第二纵向金属线栅133位于第五平面上，所述第二谐振器134位于第六平面上。所述第四平面、所述第五平面以及所述第六平面平行设置。同样地，通过使所述第二横向金属线栅132、所述第二纵向金属线栅133以及所述第二谐振器134所在的平面平行设置，当太赫兹脉冲300入射至所述第二谐振器134时，太赫兹脉冲300的传输方向可以垂直于或者近似垂直于所述第二横向金属线栅132、所述第二纵向金属线栅133以及所述第二谐振器134所在的平面，从而有利于所述第二谐振器134实现其调制太赫兹脉冲300的载波包络相位的功能。根据需要，所述第二横向金属线栅132、所述第二纵向金属线栅133和所述第二谐振器134的几何中心同轴设置，从而更好地实现其调制太赫兹脉冲300的载波包络相位的功能。

在其中一实施例中，所述第一平面和所述第四平面共面设置；和/或，所述第二平面和所述第五平面共面设置；和/或，所述第三平面和所述第六平面共面设置。此时，由于第一相位调制器120中的所述第一横向金属线栅122、所述第一纵向金属线栅123以及所述第一谐振器124与所述第二相位调制器130中的所述第二横向金属线栅132、所述第二纵向金属线栅133以及所述第二谐振器134基本相同，经过第一相位调制器120和基底110后的太赫兹脉冲300，与经过第二相位调制器130和基底110后的太赫兹脉冲300，其区别仅在于太赫兹脉冲300的相位角度发生了变化，而其他方面的性质基本上维持不变。

在其中一实施例中，所述第一相位调制器或者所述第二相位调制器的横向宽度范围为66-86微米。所述第一相位调制器或者所述第二相位调制器的纵向宽度范围为66-86微米。

在其中一实施例中，所述第一横向金属线栅122、所述第一纵向金属线栅123、所述第二横向金属线栅132或者所述第二纵向金属线栅133的金属部分选自金片、铜片或者铝片其中一种或者多种。

在本实施例中，所述第一横向金属线栅122包括多根沿横向方向延伸的第一横向金属线1221，所述多根第一横向金属线1221沿纵向方向排列设置。具体地，每根第一横向金属线1221的周期d为16微米，厚度范围为0.2-0.8微米。相邻两根第一横向金属线1221的边缘间距g为8微米。即，所述第一横向金属线栅122中的第一横向金属线1221的占空比g/d为1/2。在本实施例中，所述第一横向金属线栅122的长边为76微米；所述第一横向金属线栅122的短边为68微米。具体地，所述第一横向金属线栅122在横向方向上为短边，在纵向方向上为长边。

在本实施例中，所述第一纵向金属线栅123包括多根沿纵向方向延伸的第一纵向金属线1231。所述多根第一纵向金属线1231沿纵向方向排列设置。具体地，每根第一纵向金属线1231的周期d为16微米，厚度范围为0.2-0.8微米。相邻两根第一纵向金属线1231边缘间距g为8微米。即，所述第一纵向金属线栅123中的第一纵向金属线1231的占空比d/g为1/2。在本实施例中，所述第一纵向金属线栅123的长边为76微米；所述第一纵向金属线栅123的短边为68微米。具体地，所述第一纵向金属线栅123在横向方向上为短边，在纵向方向上为长边。

在本实施例中，所述第二横向金属线栅132包括多根沿横向方向延伸的第二横向金属线1321，所述多根第二横向金属线1321沿纵向方向排列设置。具体地，每根第二横向金属线1321的周期d为16微米，厚度范围为0.2-0.8微米。相邻两根第二横向金属线1321边缘间距g为8微米。即，所述第二横向金属线栅132中的第二横向金属线1321的占空比d/g为1/2。在本实施例中，所述第二横向金属线栅132的长边为76微米；所述第二横向金属线栅132的短边为68微米。具体地，所述第二横向金属线栅132在横向方向上为短边，在纵向方向上为长边。

在本实施例中，所述第二纵向金属线栅133包括多根沿纵向方向延伸的第二纵向金属线1331。所述多根第二纵向金属线1331沿纵向方向排列设置。具体地，每根第二纵向金属线1331的周期d为16微米，厚度范围为0.2-0.8微米。相邻两根第二纵向金属线1331边缘间距g为8微米。即，所述第二纵向金属线栅133中的第二纵向金属线1331的占空比d/g为1/2。在本实施例中，所述第二纵向金属线栅133的长边为76微米；所述第二纵向金属线栅133的短边为68微米。具体地，所述第二纵向金属线栅133在横向方向上为短边，在纵向方向上为长边。

可以理解地，由于第一相位调制阵列A由多个第一相位调制器120组成。第二相位调制阵列B由多个第二相位调制器130组成。此时，所述基底110的横向边长大于或者等于所述第一相位调制器120和所述第二相位调制器130的横向边长之和。所述基底110的纵向边长大于或者等于所述第一相位调制器120和所述第二相位调制器130的纵向边长之和。因此，所述第一相位调制器120和所述第二相位调制器130可以完全设置在所述基底110上。

在本发明实施例提供的太赫兹载波包络移相器100的应用过程中，入射的太赫兹脉冲300的波束直径为152微米。当太赫兹脉冲300从第一相位调制阵列A前方正入射，穿过第一相位调制阵列A，然后从高阻基底110后表面左侧射出，得到的太赫兹脉冲300的时域波形如图8中的实线所示。此时，太赫兹脉冲300电场的极性为负。若使太赫兹载波包络移相器100进行机械位移，使得太赫兹脉冲300从第二相位调制阵列B前方正入射，穿过第二相位调制阵列B，从高阻基底110的后表面右侧射出，得到的太赫兹脉冲300的时域波形如图8中的虚线所示，此时太赫兹脉冲300电场的极性为正。

将图8中的太赫兹脉冲300的时域波形经傅里叶变换，得到太赫兹脉冲300的载波包络相位图。经过第一相位调制阵列A调制的太赫兹脉冲300的载波包络相位如图9中的实线所示；经过第二相位调制阵列B调制的太赫兹脉冲300的载波包络相位如图9中的虚线所示。此时，经过第一相位调制阵列A调制的太赫兹脉冲300的载波包络相位与经过第二相位调制阵列B调制的太赫兹脉冲300的载波包络相位之间的差值如图9中的点划线所示。可见，通过在基底110上设置第一相位调制阵列A和第二相位调制阵列B，由于第一相位调制阵列A和第二相位调制阵列B对太赫兹脉冲300的相位调制角度不同，此时，通过太赫兹载波包络移相器100的机械位移，即可对太赫兹载波包络相位进行调制。

与现有技术相比，本发明实施例提供的太赫兹载波包络移相器100具有以下优点：

1、无需繁琐组合各种不同功能的波片，通过简单地机械位移使太赫兹脉冲穿过高阻基底之上不同区域的相位调制阵列来获得所需的载波包络相位，从而调节太赫兹脉冲电场的极性；

2、适用于不同场合，其应用范围可以拓展至其他电磁频段；

3、轻薄高效，且容易实现片上集成。

可以理解地，本发明实施例提供的太赫兹载波包络移相器100并不限于以上实施方式。在本实施例中，所述第一相位调制阵列A和第二相位调制阵列B设置在基底110的左右两侧，如图10所示。实际上，请参见图11，在另外一个实施例中，所述第一相位调制阵列A和所述第二相位调制阵列B也可以设置在基底110的上下两侧。此时，通过上下移动太赫兹载波包络移相器100即可以使太赫兹脉冲300的载波包络相位不同。同样地，请参见图12，在另外一个实施例中，所述太赫兹载波包络移相器100包括基底110以及设置在基底110表面的第一相位调制阵列A、第二相位调制阵列B、第三相位调制阵列C以及第四相位调制阵列D。所述第一相位调制阵列A、所述第二相位调制阵列B、所述第三相位调制阵列C以及所述第四相位调制阵列D呈矩阵状排布。此时，通过上下移动或者左右移动太赫兹载波包络移相器100即可以使太赫兹脉冲300的载波包络相位不同。同样地，请参见图13，所述太赫兹载波包络移相器100包括基底110以及设置在基底110表面的第一相位调制阵列A、第二相位调制阵列B、第三相位调制阵列C以及第四相位调制阵列D。所述第一相位调制阵列A、所述第二相位调制阵列B、所述第三相位调制阵列C以及所述第四相位调制阵列D呈圆周状分布。此时，通过转动所述太赫兹载波包络移相器100即可以使太赫兹脉冲300的载波包络相位不同。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种太赫兹载波包络移相器，其特征在于，包括：

基底；

第一相位调制器，设置在所述基底的表面，所述第一相位调制器具有第一相位调制角度；以及

第二相位调制器，设置在所述基底的表面，所述第二相位调制器具有第二相位调制角度，所述第二相位调制角度不同于所述第一相位调制角度，以使得太赫兹脉冲经过所述第一相位调制器和所述基底后的载波包络相位与太赫兹脉冲经过所述第二相位调制器和所述基底后的载波包络相位不同。

2.如权利要求1所述的太赫兹载波包络移相器，其特征在于，

所述第一相位调制器包括第一介质板、第一横向金属线栅、第一纵向金属线栅以及第一谐振器，所述第一横向金属线栅和所述第一纵向金属线栅设置在所述第一介质板的两个相反表面，所述第一谐振器设置在所述第一介质板内部，且位于所述第一横向金属线栅和所述第一纵向金属线栅之间，所述第一谐振器具有第一对称轴，所述第一对称轴与横向方向形成第一夹角；

和/或，所述第二相位调制器包括第二介质板、第二横向金属线栅、第二纵向金属线栅以及第二谐振器，所述第二横向金属线栅和所述第二纵向金属线栅设置在所述第二介质板的两个相反表面，所述第二谐振器设置在所述第二介质板内部，且位于所述第二横向金属线栅和所述第二纵向金属线栅之间，所述第二谐振器具有第二对称轴，所述第二对称轴与横向方向形成第二夹角。

3.如权利要求2所述的太赫兹载波包络移相器，其特征在于，所述第一谐振器的第一对称轴与横向方向形成的第一夹角不同于所述第二谐振器的第二对称轴与横向方向形成的第二夹角；

和/或，所述第一横向金属线栅位于第一平面上，所述第一纵向金属线栅位于第二平面上，所述第一谐振器位于第三平面上，所述第一平面、所述第二平面以及所述第三平面平行设置；

和/或，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅和所述第一谐振器的几何中心同轴设置；

和/或，所述第二横向金属线栅位于第四平面上，所述第二纵向金属线栅位于第五平面上，所述第二谐振器位于第六平面上，所述第四平面、所述第五平面以及所述第六平面平行设置；

和/或，所述第二横向金属线栅、所述第二纵向金属线栅和所述第二谐振器的几何中心同轴设置。

4.如权利要求3所述的太赫兹载波包络移相器，其特征在于，

所述第一平面和所述第四平面共面设置；

和/或，所述第二平面和所述第五平面共面设置；

和/或，所述第三平面和所述第六平面共面设置。

5.如权利要求2所述的太赫兹载波包络移相器，其特征在于，所述第一相位调制器或者所述第二相位调制器的横向宽度范围为66-86微米；所述第一相位调制器或者所述第二相位调制器的纵向宽度范围为66-86微米；

和/或，所述第一介质板或者所述第二介质板选自聚酰亚胺板或二氧化硅板其中一种或者多种；所述第一介质板或者所述第二介质板的边长范围为66-86微米；所述第一介质板或者所述第二介质板的厚度范围为50-70微米；

太赫兹脉冲的波束直径为所述第一相位调制器或者所述第二相位调制器的纵向边长的0.5-1.0倍。

6.如权利要求2所述的太赫兹载波包络移相器，其特征在于，

所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的金属部分选自金片、铜片或者铝片其中一种或者多种；

和/或，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的金属部分的厚度范围为0.2-0.8微米。

7.如权利要求2所述的太赫兹载波包络移相器，其特征在于，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的长边为76微米；

和/或，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的短边为68微米；

和/或，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的金属部分的宽度为8微米；

和/或，所述第一横向金属线栅、所述第一纵向金属线栅、所述第二横向金属线栅或者所述第二纵向金属线栅的相邻两个金属部分的边缘间距为8微米。

8.如权利要求2所述的太赫兹载波包络移相器，其特征在于，

所述第一谐振器或者所述第二谐振器选自V形金属片或者C形金属片其中一种；

和/或，所述第一谐振器或者所述第二谐振器的厚度范围为0.2-0.8微米；

和/或，所述第一谐振器或者所述第二谐振器的外径范围为25-40微米；

和/或，所述第一谐振器或者所述第二谐振器的内径范围为20-35微米；

和/或，所述第一谐振器或者所述第二谐振器的开口角范围为20度到150度之间。

9.如权利要求2所述的太赫兹载波包络移相器，其特征在于，

所述第一谐振器的第一对称轴与横向方向的第一夹角范围为40度到50度之间；

和/或，所述第二谐振器的第二对称轴与横向方向的第二夹角范围为-50度到-40度之间；

和/或，所述第一谐振器的第一对称轴和所述第二谐振器的第二对称轴之间形成第三夹角，所述第三夹角为90度。

10.如权利要求1所述的太赫兹载波包络移相器，其特征在于，

所述基底的横向边长大于或者等于所述第一相位调制器和所述第二相位调制器的横向边长之和；

和/或，所述基底的纵向边长大于或者等于所述第一相位调制器和所述第二相位调制器的纵向边长之和；

和/或，所述基底的厚度范围为50-100微米。

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