[发明专利]一种产生太赫兹超连续源的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹源产生技术领域，具体涉及一种产生太赫兹超连续源的方法。

背景技术

太赫兹超连续谱源由于其时间分辨率高（飞秒量级）、能量大（单脉冲达到几十微焦量级）和频谱覆盖范围宽等优点，在物理、化学、生物等基础自然科学，以及半导体、电子学和非线性光学等研究领域具有广泛的应用前景。

鉴于现有的传统太赫兹光学产生技术采用光导天线或非线性电光晶体作为太赫兹波的发射极，辐射的太赫兹波电场强度仅为几个kV/cm，太赫兹波的能量也较低（单脉冲能量<1nJ），太赫兹光学脉冲源功率普遍偏低（<10μW），频谱覆盖范围较窄(<3THz)，而且国外的太赫兹超连续谱研究发展缓慢，国内尚无资料可询的状况。

日本的M.Ashida和R.Akai等研究人员在Springer Series in Optical Sciences（2007,132:317-323）公开发表了一种利用中心波长为800nm，重复频率80MHz，脉宽为5fs，平均功率为0.2W的超短飞秒光泵浦0.4mm的DAST非线性晶体产生太赫兹超连续谱的方法；Gregor H.Welsh等人在2007年和2009年分别在PRL和OE上发表的利用纳米量级结构的金属光栅作为太赫兹波源，通过电光取样技术探测出0.2－2.5THz带宽的太赫兹脉冲；这些方法利用非线性晶体和光电导天线虽然可以产生带宽为100THz左右的太赫兹超连续谱，但是不足之处是需要有极窄脉宽（<10fs）的泵浦，厚度较薄（几十微米量级）的晶体或载流子寿命较长和高载流子迁移率的基底结构的光导天线等条件才能实现，而产生的太赫兹波的功率太低，只有几个微瓦量级（单脉冲能量为nJ量级），成本较高（非线性晶体制作价格较高）。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种产生太赫兹超连续源的方法，能够产生高效率的高能量、宽频谱的太赫兹超连续辐射源。

本发明的一种产生太赫兹超连续源的方法，包括如下步骤：

步骤一、制备亚波长阵列孔结构氧化物模板，具体方法为：

S1、把纯度为99.99%的金属片按照实际需要裁成一定的尺寸后，在丙酮中进行超声清洗以去除表面的油污，然后用去离子水冲洗干净；再经过无水乙醇的清洗烘干后放在真空度为2×10^-4Pa真空退火设备中持续退火5.5小时，最后自然冷却；

S2、在体积比为1:4的高氯酸和无水乙醇的混合溶液中，控制温度保持在0℃，电压为18V，电流为2mA的条件下，对所述金属片进行抛光3分钟，以去除金属片表面的划痕和氧化层；

S3、将金属片作为阳极，铂金片作为阴极，在0.3g/mol草酸溶液中进行一次通电氧化，氧化环境温度为0℃，恒定电压45V，氧化时间为6.2小时，得到基底；

S4、在环境温度为18℃条件下，将所述基底放在由400ml的纯净水、22.5ml的磷酸和6g三氧化铬配置而成的铬酸溶液中反应13小时，去除在基底表面生成的一次氧化物；将去除一次氧化物后的基底放在所述铬酸溶液中进行二次通电氧化，氧化时间为15分钟，反应后去除氧化物时间为2小时，然后再将基底放入0.3g/mol草酸溶液中，反应时间为5分钟；

S5、在经S4处理后的基底上制备孔径为200nm、孔间距为390nm以及孔深为10-25μm的亚波长孔阵列，得到亚波长阵列孔结构氧化物模板；利用磁控溅射的方法将贵金属镀在亚波长阵列孔结构氧化物模板上，制备成表面具有10nm量级粗糙度的贵金薄膜的亚波长孔阵列结构氧化物模板；

所述金属片的材料为铝、锌、铅、钛的单质或者铝、锌、铅、钛的氧化物；所述贵金属为钌、铂、金、钛、银或钯；

步骤二、将重复频率为1kHz、脉宽为35fs、中心波长为800nm以及输出功率为6W的飞秒激光通过频率为15-20Hz的斩波器进行斩波后，由透镜聚焦在步骤一产生的镀有贵金属膜的所述亚波长阵列孔结构氧化物模板上，获得太赫兹辐射源。

本发明的一种产生太赫兹超连续源的方法，具有如下有益效果：

1）通过本发明的方法产生的亚波长阵列孔结构氧化物模板，在飞秒激光的激励下，太赫兹辐射的能量具有很高的强度，同时能量转换的效率得到显著地提高，使得太赫兹连续辐射源具有广泛的应用前景；

2）本发明采用的制备亚波长阵列孔结构氧化物模板方法中，基底材料选择范围广，而且制备方法简单成本低。

附图说明