[发明专利]一种太赫兹辐射源及其制备方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹辐射源及其制备方法，包含内嵌的周期极化铌酸锂芯层(4)和复合微带线结构，复合微带线结构自下向上包括硅基底(1)、下层金膜(2)、苯环丁烷(benzocyclobutene BCB)有机高分子材料包层(3)和两端侧壁金电极(5)及上层金电极(6)。本发明有益效果包括：(1)被束缚在微带线结构中的太赫兹波，降低了铌酸锂材料对太赫兹的吸收，从而实现毫瓦量级太赫兹辐射源，显著提高光整流产生的太赫兹辐射源输出功率；(2)复合微带线结构使得太赫兹波能够以低损耗系数在该复合结构中不断产生并传播；在端面实现更高的输出太赫兹能量，实际应用中更灵活；可进而发展成为集太赫兹源、波导、检测为一体的高集成度太赫兹有源器件。

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，具体涉及一种太赫兹辐射源的结构设计及其制作工艺方法。

背景技术

太赫兹(THz)通常是指频率在0.1～10THz的电磁波，是上个世纪八十年代中后期才被正式命名的，在此之前科学家们称其为远红外射线。实际上早在一百年前，就有科学工作者涉及过这一波段。随着80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。

由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高，又由于它的脉冲很短，所以具有很高的时间分辨率。由此，太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。太赫兹的独特性能给公共安全、环境探测、生物医学、天文观测、军事及通信等领域带来了深远的影响。

现有的太赫兹产生的方法有很多种，包括电子学产生法和光学产生法。目前，常用的电子学产生法有加速电子产生法等，而常用的光子学产生方法主要有超短激光脉冲有关，能产生宽带亚皮秒THz辐射的光电导、光整流和光学差频等方法。此外，利用热辐射、高能加速器等产生THz的研究也在发展中。

在上述方法中各有优缺点，如加速电子产生法可获得瓦级以上的高功率太赫兹波。而光学方法通常获得太赫兹波的功率都不高，特别是光整流和光学差频法产生的太赫兹功率目前还很难达毫瓦量级。但是这两种方法却能够获得窄带宽和频率可调谐这两种重要特性。在频谱学、传感、通信以及成像等领域应用中，上述两种特性是非常必要的。因此，近二十年有众多课题组研究了这两种光学产生太赫兹的方法，获得了许多有益成果。本质上光整流和光差频都是利用非线性晶体的二阶非线性效应，把光波能量转化为太赫兹辐射。相比较而言，光整流方法比光学差频法实现起来更为容易。它只需要一束脉冲激光照射非线性晶体就可实现能量转换，它的转换效率主要依赖于材料的非线性系数和位相匹配。目前，比较成熟的光整流产生太赫兹的方案是把飞秒激光以一定的角度照射到铌酸锂(LN)晶体中，在相位匹配条件下由晶体表面辐射出太赫兹波。但由于走离效应，能达到相位匹配条件的工作区域非常小(微米尺度)，转换效率不高。为提高转换效率，可以使用周期极化铌酸锂(PPLN)晶体。在使用PPLN晶体的情况下，利用的是准相位匹配条件，可以灵活选择入射方向。这样一来，不仅可以利用晶体的最佳极化方向从而获得最大非线性系数，而且可以极大增加工作区域(毫米尺度)。