[发明专利]一种基于交换偏置磁场的太赫兹波发生器

说明书

本发明公开了一种基于交换偏置磁场的太赫兹波发生器，利用交换偏置多层膜中铁磁/非磁薄膜和/或铁磁/反铁磁薄膜的超快自旋流注入与逆自旋霍尔效应产生太赫兹波。同时利用铁磁/反铁磁薄膜的交换偏置效应产生的交换偏置磁场，固定钉扎铁磁薄膜的磁化强度；并通过旋转样品架旋转交换偏置多层膜，使铁磁薄膜的磁化强度的取向随之旋转，从而改变产生的太赫兹波的偏振方向。该太赫兹波发生器能够产生和非线性晶体相比拟的太赫兹波，且产生的频谱更宽、结构简单而成本更为低廉。同时，本发明利用铁磁/反铁磁薄膜的交换偏置效应固定了磁化强度的取向，避免了外加磁场发生装置的问题，使得太赫兹波发生器更加简洁方便，且更为实用。

技术领域

本发明涉及太赫兹光电器件技术领域，更为具体的说，涉及一种基于交换偏置磁场的太赫兹波发生器。

背景技术

太赫兹(THz)波是指频率从0.1THz到10THz，介于毫米波与红外光之间的电磁波。太赫兹波具有许多独特性质，比如透射性、安全性、很强的光谱分辨本领等，这些性质赋予太赫兹波广泛的应用前景，包括太赫兹雷达和通信、光谱和成像、无损探伤、安全检测等方面。

太赫兹波发生器是太赫兹系统的重要组成部分。传统的基于飞秒激光泵浦的太赫兹发生器，主要有电光晶体、光电导天线、空气等离子体等，但它们在频谱、成本、简便性等方面存在一定瓶颈。因此，发展宽频谱、高效率、简洁、低成本的太赫兹波发生器，具有重大的意义。

最近几年出现了基于铁磁/非磁异质结薄膜的太赫兹波发生器这种技术，利用异质结的超快自旋流注入和逆自旋霍尔效应，获得了与非线性晶体相比拟的产生效率，而频谱更宽、成本更为低廉。但这种发生器使用时，需要外加磁场使铁磁层的磁化强度饱和，才能产生太赫兹波。而使用外加磁场发生装置，不够简洁方便，系统较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于交换偏置磁场的太赫兹波发生器，该发生器能够产生和非线性晶体相比拟的太赫兹波，且产生的频谱更宽、成本更为低廉。同时，本发明解决了现有发生器需要外加磁场发生装置的问题，使得太赫兹波发生器更加简洁方便，且更为实用。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于交换偏置磁场的太赫兹波发生器，包括：飞秒激光脉冲光源、交换偏置多层膜及可旋转样品架；

所述飞秒激光脉冲光源设置于所述交换偏置多层膜的入光面一侧；

所述交换偏置多层膜包括沿第一方向依次叠加设置的绝缘衬底、反铁磁薄膜、铁磁薄膜、非铁磁薄膜和绝缘层，其中，所述绝缘衬底和所述绝缘层中任意一侧为所述入光面；

以及，所述交换偏置多层膜固定于所述可旋转样品架上，所述可旋转样品架用于带动所述交换偏置多层膜以所述第一方向为轴向旋转。

可选的，所述铁磁薄膜为纳米薄膜，所述铁磁薄膜的厚度范围为0.1纳米-10纳米，包括端点值；

其中，所述铁磁薄膜的材质包括Fe、Co、Ni、FeNi、CoFe、CoFeB、Co2FeAl、CoMnSi、Fe3Si、YIG、GdFeCo、GdCo5、DyCo5、TbFe2和BaFe12O19中的一种或多种；

可选的，所述非磁性薄膜为纳米薄膜，所述非磁性薄膜的厚度范围为0.1纳米-10纳米，包括端点值；

其中，所述非磁性薄膜为非磁性金属薄膜、拓扑绝缘体薄膜、外尔半金属薄膜或二维材料；

所述非磁性金属薄膜为以下材料之一：Pt、W、Pd、Ta、Bi、Cr、Ir、IrMn、PtMn、PdMn、FeMn、AuPt、AuW、CuBi、CuIr、CuPb；