CN115128823B - 一种基于正交平行平板的太赫兹偏振态转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于两对正交排列平行平板的太赫兹波偏振态的转换方法。当太赫兹光束掠入射时，本发明通过调节水平方向和竖直方向的板间距，可调节竖直线偏振和水平线偏振太赫兹分量之间的时间延迟(即相对相位差)，进而实现线偏振‑椭圆偏振‑圆偏振的太赫兹偏振态转换。本发明提供的偏振转换方法的优势在于结构简单、操作便捷且成本低廉，可应用于太赫兹波传输光路中偏振态的动态切换。

Description

一种基于正交平行平板的太赫兹偏振态转换方法
技术领域
本发明涉及一种光束偏振态转换技术，尤其涉及一种两对正交排列平行平板的太赫兹偏振态转换的方法。
背景技术
太赫兹波通常是指频率在0.1THz-10THz区间的电磁波，由于具有瞬时性、宽带性、相干性、对非极性物质的穿透性等优点，太赫兹技术被广泛地应用在医学、生物学、材料学、化学、军事国防和安检等诸多领域。
对太赫兹偏振的调控，广泛应用于太赫兹无线通信中，因为需要采用不同的偏振态以满足不同通信场景的需求。同时，太赫兹波的偏振状态也可以携带大量信息，故偏振调控也可应用于偏振成像等领域。目前，对太赫兹波的偏振调控多采用透射式偏振器件(如线栅、波片等)，偏振器件的加入导致光路趋于复杂化，且器件带来的太赫兹能量损耗也使得探测信号的信噪比下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：对太赫兹波的偏振调控多采用透射式偏振器件，偏振器件的加入导致光路趋于复杂化，且器件带来的太赫兹能量损耗也使得探测信号的信噪比下降。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种基于正交平行平板的太赫兹偏振态转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
线偏振的太赫兹光束自太赫兹光束偏振态转换系统的入射端掠入射进太赫兹光束偏振态转换系统，偏振态改变的太赫兹波自太赫兹光束偏振态转换系统的出射端出射，其中：
太赫兹光束偏振态转换系统的入射端以及出射端沿Z轴布置；太赫兹光束偏振态转换系统包括两对相互垂直的平行平板，其中：一对平行平板能够沿X轴方向移动，定义为一对X轴平行平板，X轴平行平板平行于YOZ平面；另一对平行平板能够沿Y轴方向移动，定义为一对Y轴平行平板，Y轴平行平板平行于XOZ平面；线偏振的太赫兹光束自入射端掠入射进两对相互垂直的平行平板所围成的通道内，在通道内经过平板多次反射后，自出射端出射；移动一对Y轴平行平板和/或移动一对X轴平行平板，从而调节Y轴方向和/或X轴方向的板间距，从而改变入射的太赫兹光束的水平和竖直偏振分量的光程，改变水平和竖直偏振分量的时域波峰位置，改变水平和竖直偏振分量之间的相位差，进而改变入射的太赫兹波的偏振态。
优选地，所述平板选用表面光滑且对太赫兹具有较高反射率材料的平板。
优选地，所述线偏振的太赫兹波经长焦距透镜会聚后，再掠入射进所述太赫兹光束偏振态转换系统。
优选地，所述太赫兹光束偏振态转换系统出射的太赫兹波会聚到探测器中，出射的太赫兹波由探测器接收后，在太赫兹光谱仪上实时显示时域数据。
优选地，所述太赫兹光束偏振态转换系统出射的太赫兹波通过透镜会聚到探测器中。
优选地，所述太赫兹光束偏振态转换系统的出射端出射的太赫兹光束是椭圆偏振光或圆偏振光，进而实现太赫兹波的偏振态在线偏振、椭圆偏振和圆偏振之间的转换。
本发明的优势在于在太赫兹波的传输路径上无任何透射器件对太赫兹能量造成损耗，且平行平板装置简单、成本低廉，只需调节平板间距即可动态实现太赫兹波线偏振-椭圆偏振-圆偏振的转换，故操作简便，可以满足不同应用场景的偏振调节需求。
因此，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：基于两对平行平板对太赫兹光束偏振态进行转换，所用的平行平板可挑选玻璃、塑料或金属等材质，故装置的结构简单、成本低廉且操作便捷。
附图说明
图1为本发明基于平行平板的太赫兹光束偏振态转换系统示意图；
图2为本发明未调节两板间距时的x偏振分量和y偏振分量太赫兹信号的时域图和太赫兹波的初始偏振态为线偏振；
图3为本发明调节两板间距后的x偏振分量和y偏振分量太赫兹信号时域图和出射的太赫兹波的偏振态为椭圆偏振；
图4为本发明调节两板间距后的x偏振分量和y偏振分量太赫兹信号时域图和出射的太赫兹波的偏振态为圆偏振。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1为本发明所采用的基于平行平板的太赫兹光束偏振态转换系统示意图。线偏振的太赫兹波经长焦距透镜1会聚后，掠入射进两对相互垂直的平行平板2内。由于太赫兹波是掠入射，所以平板2的材质选择余地很大，只要表面光滑(如塑料平板)，即可对太赫兹波进行很好的反射振荡。入射的太赫兹波线偏振方向与X轴的夹角为45度，故太赫兹波可以沿着X轴和Y轴分解成为两个幅值大小相等、时间同步的正交偏振分量，如图2(a)、(b)所示。经过两对相互垂直的平行平板2反射振荡传输的太赫兹信号出射后，经过透镜3会聚到探测器中，并实时显示在太赫兹光谱仪上。
图2为两对相互垂直的平行平板2间距相等时的太赫兹信号探测结果。图2(a)和图2(b)分别为X轴和Y轴方向的线偏振分量通过两对相互垂直的平行平板2传输后的时域信号；图2(c)进一步将两个偏振分量的太赫兹时域信号画在一起并局部放大，可见两个信号之间没有相对时间延迟；故如图2(d)所示，此时两个正交偏振分量合成的偏振态仍为初始的线偏振。
图3为微调两对相互垂直的平行平板2中的任意一对平行平板的间距后，X轴和Y轴方向的板间距有了一定差异的探测结果。此时线偏振太赫兹波通过两对相互垂直的平行平板2传输后，两个正交偏振分量的太赫兹时域之间也将产生时间差异，如图3(a)、图3(b)和图3(c)所示。当相对时间延迟为0.5ps时，如图3(d)所示，两个正交偏振分量合成的偏振态为椭圆偏振，偏心率为0.92。
图4为继续微调一对平行平板2后，X轴和Y轴方向的板间距有了更大差异的探测结果。此时沿X轴和Y轴方向的偏振分量之间的时间延迟进一步加大，如图4(a)、4(b)和4(c)所示。当相对时间延迟为1ps时，如图4(d)所示，两个正交偏振分量合成了圆偏振光，偏心率约为0.17，已接近正圆。

Claims (3)

1.一种基于正交平行平板的太赫兹偏振态转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
线偏振的太赫兹光束自太赫兹光束偏振态转换系统的入射端掠入射进太赫兹光束偏振态转换系统，偏振态改变的太赫兹波自太赫兹光束偏振态转换系统的出射端出射，其中：
太赫兹光束偏振态转换系统的入射端以及出射端沿Z轴布置；太赫兹光束偏振态转换系统包括两对相互垂直的平行平板，其中：一对平行平板能够沿X轴方向移动，定义为一对X轴平行平板，X轴平行平板平行于YOZ平面；另一对平行平板能够沿Y轴方向移动，定义为一对Y轴平行平板，Y轴平行平板平行于XOZ平面；线偏振的太赫兹光束自入射端掠入射进两对相互垂直的平行平板所围成的通道内，在通道内经过平板多次反射后，自出射端出射；移动一对Y轴平行平板和/或移动一对X轴平行平板，从而调节Y轴方向和/或X轴方向的板间距，从而改变入射的太赫兹光束的水平和竖直偏振分量的光程，改变水平和竖直偏振分量的时域波峰位置，改变水平和竖直偏振分量之间的相位差，进而改变入射的太赫兹波的偏振态。
2.如权利要求1所述的一种基于正交平行平板的太赫兹偏振态转换方法，其特征在于，所述平板选用表面光滑且对太赫兹有较高反射率材料的平板。
3.如权利要求1所述的一种基于正交平行平板的太赫兹偏振态转换方法，其特征在于，所述太赫兹光束偏振态转换系统的出射端出射的太赫兹光束是椭圆偏振光或圆偏振光，进而实现太赫兹波的偏振态在线偏振、椭圆偏振和圆偏振之间的转换。
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