[发明专利]太赫兹表面等离子体波光学调制器及其调制方法

权利要求书

1.一种太赫兹表面等离子体波光学调制器，其特征在于包括一个等离子体频率在接近常温时在太赫兹波段的本征半导体晶片（3）、两个平行放置的刀片（2）、连续波激光器和调制准直系统（5）以及一个温度控制装置（7）；所述两个平行放置的刀片垂直于本征半导体晶片并刀口向下，刀口离本征半导体晶片上表面的距离小于最大频率的太赫兹表面等离子体波在空气中的衰减距离；连续波激光器和调制准直系统设置于两个刀片之间的本征半导体晶片上方；温度控制装置贴于本征半导体晶片的下表面。

2.根据权利要求1所述的太赫兹表面等离子体波光学调制器，其特征在于所述两个平行放置的刀片（2）之间的距离小于最大频率的太赫兹表面等离子体波在激光照射下的半导体表面的传播距离。

3.一种适合于调节单一频率太赫兹波的太赫兹表面等离子体波光学调制器，包括一个等离子体频率在接近常温时在太赫兹波段的本征半导体晶片（3）、连续波激光器和调制准直系统（5）、一个温度控制装置（7）、以及两个光栅（9）；光栅可以由金属或半导体制作；本征半导体晶片设置于两个光栅之间，温度控制装置贴于本征半导体晶片的下表面，本征半导体晶片的表面与光栅所在的金属或半导体表面相平，连续波激光器和调制准直系统设置于本征半导体晶片的上方。

4.根据权利要求3所述的适合于调节单一频率太赫兹波的太赫兹表面等离子体波光学调制器，其特征在于所述两个光栅连线所经过的本征半导体的长度小于最大频率的太赫兹表面等离子体波在激光照射下的本征半导体表面的传播距离。

5.根据权利要求1或3所述的太赫兹表面等离子体波光学调制器，其特征在于所述本征半导体晶片（3）的厚度大于最小频率的太赫兹表面等离子体波在半导体中的衰减距离。

6.根据权利要求1或3所述的太赫兹表面等离子体波光学调制器，其特征在于所述温度控制装置（7）使得整个本征半导体晶片（3）表面温度均匀且恒定；温度控制装置（7）可以通过控制本征半导体的温度实现两个光栅（9）或刀片（2）间的本征半导体（3）表面上激光光强最弱处的等离子体频率大于所要传输的太赫兹表面等离子体波的最大频率。

7.一种基于权利要求1或3所述太赫兹表面等离子体波光学调制器的调制方法，其特征在于所述方法包括归零调制方法和非归零调制方法：

归零调制方法一如下：采用连续波激光器经过调制系统发出激光调制信号照射在本征半导体晶片改变该本征半导体晶片表面各处的光生载流子数量从而改变其等离子体频率；根据Drude模型，当太赫兹表面等离子体波的频率大于本征半导体晶片的等离子体频率时，本征半导体晶片介电常数实部通常为正，此时的本征半导体表现为介质特性；当太赫兹表面等离子体波的频率小于本征半导体晶片的等离子体频率时，本征半导体晶片介电常数实部通常为负，此时的本征半导体表现为金属特性；因为太赫兹表面等离子体波只能在介电常数符号相反的两种介质分界面传播，所以当半导体表现为金属特性时太赫兹表面等离子体波在半导体表面传播，而当半导体表现为介质特性时太赫兹表面等离子体波不能在半导体表面传播，由此可以通过电调制信号控制照射在本征半导体晶片表面的激光光强，从而对本征半导体晶片表面所传输的太赫兹表面等离子体波进行归零调制；

归零调制方法二如下：采用连续波激光器经过调制系统发出激光调制信号照射在本征半导体晶片改变该本征半导体晶片表面各处的光生载流子数量从而改变其等离子体频率；根据Drude模型，当等离子体频率改变时，介电常数也会改变，因此太赫兹表面等离子体波在半导体表面传播的衰减系数也会改变；当需要调制的所有频率太赫兹表面等离子体波在激光调制信号光强调制到最弱时，由于在半导体表面衰减较大，耦合出的所有频率太赫兹波都无法被探测，而在激光调制信号光强调制到最强时，由于在半导体表面衰减较小，耦合出的所有频率太赫兹波都能被探测，由此可以通过电调制信号控制照射在本征半导体晶片表面的激光光强，从而对本征半导体晶片表面所传输的太赫兹表面等离子体波进行归零调制；

非归零调制方法如下：采用连续波激光器经过调制系统发出激光调制信号照射在本征半导体晶片改变该本征半导体晶片表面各处的光生载流子数量从而改变其等离子体频率；根据Drude模型，当等离子体频率改变时，介电常数也会改变，因此太赫兹表面等离子体波在半导体表面传播的衰减系数也会改变；当需要调制的所有频率太赫兹表面等离子体波在激光调制信号光强最弱时，由于在半导体表面衰减较大，耦合出的所有频率太赫兹波强度较弱，而当激光调制信号光强调制到最强时，由于在半导体表面衰减较小，耦合出的所有频率太赫兹波强度较强，由此可以通过电调制信号改变照射在本征半导体晶片表面的激光光强，从而对本征半导体晶片表面所传输的太赫兹表面等离子体波进行非归零调制。