[发明专利]基于二维电子浓度调制的太赫兹近场辐射增强装置

说明书

本发明涉及一种基于二维电子浓度调制的太赫兹近场辐射增强装置，从激光光源输出的飞秒激光经由分束片分为两束。分束片反射光束作为泵浦光，聚焦到光电导天线上产生太赫兹波，太赫兹波再入射到分光栅场效应晶体上，分光栅场效应晶体光栅层上栅极和半导体层外加偏置电压，金属栅极下方半导体层中由电子浓度差形成缺陷腔，通过缺陷腔的太赫兹近场辐射将会增强。分束片透射光聚焦后，作为太赫兹波探测光打到分光栅场效应晶体管另一侧电介质基片上，探测经过近场辐射增强的太赫兹波。本发明只需通过改变偏置电压调节浓度差就能使得太赫兹近场辐射强度增强，装置容易搭建，操作简便，适用于太赫兹成像技术等与太赫兹近场辐射强度相关的前沿科技的发展。

技术领域

本发明涉及一种太赫兹近场辐射增强技术,特别涉及一种基于二维电子浓度调制的太赫兹近场辐射增强装置。

背景技术

近几十年来，太赫兹波以其广泛的应用前景，已成为国际上物理领域的一个重要研究课题。太赫兹波是指频率在0.1-10THz范围(波长在0.03到3mm范围)的电磁波(1THz＝10¹²Hz)，在电磁波谱中位于微波与红外波之间。太赫兹波特殊的电磁波谱位置使得它具有许多独特的优点：具有携带信息量丰富、高时空相干性、低光子能量等特性，在天文、生物、计算机、通信等科学领域有着巨大的应用价值。目前，主要的应用研究有太赫兹时域光谱技术、太赫兹成像技术、安全检查、太赫兹雷达、天文学、通信技术。

传统远场太赫兹成像系统受衍射极限的限制,最小只能分辨λ/2的尺度,即对应1THz的最小分辨率为0.15mm.其毫米量级的成像分辨率在一定程度上制约了太赫兹成像技术的应用。近场探测和显微技术对于获得更高的分辨率显得尤为重要。太赫兹近场成像系统打破了衍射极限,提高空间分辨率。现在，太赫兹逐点成像的分辨率已经可以提高到亚波长量级，但由于太赫兹波耦合到金属纳米结构需要整体的天线设计，不具备可调性，使得太赫兹近场辐射强度受到很大的限制，所以如何提高太赫兹近场辐射强度就成为了一个极具挑战的任务。

发明内容

本发明是针对目前太赫兹近场辐射强度的增强存在较大困难的问题，提出了一种基于二维电子浓度调制的太赫兹近场辐射增强装置,采用通过加在中心栅极上的偏置电压调节改变二维电子在半导体材料石墨烯上移动，形成二维电子浓度差产生缺陷腔的办法，激发太赫兹辐射强度增强。从而实现调节太赫兹近场辐射强度增强的功能。

本发明的技术方案为：一种基于二维电子浓度调制的太赫兹近场辐射增强装置，包括激光光源，分束片，第一反射镜，机械延迟线，第二反射镜，第三反射镜，斩波器，第一透镜，光电导天线，偏置电压控制的分光栅场效应晶体管，第四反射镜，第五反射镜，第二透镜；

从激光光源输出的飞秒激光经由分束片分为两束，透射光经第四反射镜和第五反射镜反射后，再经过第二透镜聚焦后，作为太赫兹波探测光打到偏置电压控制的分光栅场效应晶体管上；另一部分分束片反射光束作为泵浦光，经第一反射镜后进入由步进电机和两个反射镜组成的机械延迟线、然后出射光经由第二反射镜和第三反射镜后，再经过斩波器调制频率后，由第一透镜此泵浦光聚焦到光电导天线上产生太赫兹波，太赫兹波辐射到偏置电压控制的分光栅场效应晶体管的上，通过分光栅场效应晶体管中半导体层二维石墨烯材料上电子浓度差所形成缺陷腔的太赫兹近场辐射将会增强，被太赫兹波探测光所探测。

所述偏置电压控制的分光栅场效应晶体管从上到下包括光栅层，半导体层和电介质基片；光电导天线辐射出的太赫兹波入射到分光栅场效应晶体管光栅层的金属栅极上，在光栅层上的栅极和半导体层的二维石墨烯材料之间外加偏置电压，外加偏置电压的栅极处下方二维石墨烯材料形成缺陷腔，经过该缺陷腔处太赫兹近场辐射将会增强，外加偏置电压的大小决定了缺陷腔的深度，从而决定了太赫兹近场辐射增强的能力强弱，另一束探测光打到电介质基片上，探测经过近场辐射增强的太赫兹波。