[发明专利]一种基于手性金属薄膜的椭偏太赫兹波辐射源及激发方法

说明书

本发明公开一种基于手性金属薄膜的椭偏太赫兹波辐射源，包括依次设置的泵浦光源、偏振调节装置以及包含手性结构单元的金属薄膜。泵浦光源通过偏振调节装置实现其偏振态的连续调节，在不同偏振态激光泵浦下产生椭圆偏振的太赫兹波辐射。一方面，本发明的椭偏太赫兹波辐射源相比传统的辐射源所需的泵浦光源功率更低，安全性更高，且激光损伤阈值高，稳定性好，可多次重复使用。另一方面，金属薄膜与泵浦光源的相互作用强，其电磁响应特征对泵浦光源的灵敏度高，适用于多种波长、不同偏振态的泵浦激光。本发明的椭偏太赫兹波辐射源太赫兹转换效率高、椭偏率大以及材料激光损伤阈值高，可广泛的应用在太赫兹偏振光谱研究中。

技术领域

本发明属于太赫兹偏振器件技术领域，具体涉及一种基于手性金属薄膜的椭偏太赫兹波辐射源及激发方法。

背景技术

太赫兹(terahertz，THz)波是频率处于0.1THz～10THz，波长范围为30μm～3mm的一种电磁波，处于微波与红外波段之间。由于太赫兹波具有低光子能量，对非极性物质的高透过率，频谱包含大量分子振动与转动能级信息等独特的性质，太赫兹光谱在材料科学、生物医学、安全检查等多个领域都呈现出巨大的应用潜力。自20世纪90年代起，利用超快激光泵浦产生太赫兹波辐射的光学方法应运而生。其中采用非线性介质产生光整流效应，在光电导天线上外加静态偏置电场以及基于气体电离产生等离子体等方法都可以产生高强度的太赫兹波辐射。基于这些技术所产生的太赫兹波辐射多为线偏振态，应用于太赫兹光谱中只能测量到一个线偏振电场，对于具有偏振响应的体系而言，难以获得完整的电磁响应光谱信息。因此，椭偏型太赫兹波辐射源是利用太赫兹偏振光谱研究偏振转换电磁响应的核心部件。

目前，加工制作偏振可控且便携的椭偏型太赫兹波辐射源仍具有一定的难度。在已有的研究中，利用空间光调制器可以对泵浦激光的偏振与强度进行调制从而在GaP晶体中产生偏振可控的椭偏太赫兹波辐射，但空间光调制器的使用限制了太赫兹波的转换效率。另一种方法是在电离空气产生等离子体的基础上，沿着光传输的方向外加螺旋型电场使得瞬态电流随外加电场的方向运动，从而通过改变电场的旋转方向实现椭偏太赫兹波辐射的偏振调控。这种方法的局限在于需要额外的螺旋型电极与高压电源，并且电离空气通常需要大功率的飞秒激光泵浦。虽然已有研究表明，石墨烯、过渡金属硫属化合物、拓扑绝缘体等新型材料可以通过圆偏振飞秒光泵浦产生椭偏的太赫兹波辐射，但是这些材料大都存在太赫兹转换效率低、椭偏率较小以及材料激光损伤阈值低等问题，难以在太赫兹偏振光谱研究中获得实际应用。

发明内容

针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供了一种基于手性金属薄膜的椭偏太赫兹波辐射源及激发方法，解决了现有技术中的石墨烯、过渡金属硫属化合物、拓扑绝缘体等新型材料通过圆偏振飞秒光泵浦产生椭偏的太赫兹波辐射时，太赫兹转换效率低、椭偏率较小以及材料激光损伤阈值低等问题，难以在太赫兹偏振光谱研究中获得实际应用问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于手性金属薄膜的椭偏太赫兹波辐射源，包括依次设置的泵浦光源与偏振调节装置，所述椭偏太赫兹波辐射源还包含手性结构单元的金属薄膜，所述泵浦光源通过偏振调节装置实现连续调节泵浦光源的偏振态，在不同偏振态的泵浦光源激发下，通过具有手性结构特征的金属薄膜产生椭圆偏振的太赫兹波辐射。

所述椭偏太赫兹波辐射源还包括基底，所述包含手性结构单元的金属薄膜铺设于所述基底上，所述基底材料为蓝宝石或石英，厚度为0.5mm～1.5mm，平面尺寸为1×1cm²～2×2cm²。

所述金属薄膜的厚度为10nm～100nm；平面尺寸为0.8×0.8cm²～1.5×1.5cm²，手性结构单元的图样与其镜面对称的图样不重合，所述手性结构单元包括多个手性结构体，多个手性结构的呈阵列式排布，所述手性结构体的尺寸为10×10μm²～100×100μm²。