[实用新型]一种太赫兹强度调谐器件及太赫兹强度调谐装置

说明书

本实用新型适用于超快太赫兹技术领域，提供了一种太赫兹强度调谐器件及太赫兹强度调谐装置。太赫兹强度调谐器件包括基底、半金属材料层和具有开口的金属谐振环，半金属材料层设置于基底，金属谐振环设置于半金属材料层。太赫兹强度调谐装置包括上述太赫兹强度调谐器件和用于产生外加光场的光源。本实用新型所提供的一种太赫兹强度调谐器件及太赫兹强度调谐装置，可通过外加光场改变了半金属材料层的光声载流子的密度和迁移率，从而增加对透过THz波的强度调制，外加光场强度可调，在可见光至THz波段都可以调制，使用效果好，半金属材料层、金属谐振环易于制备，应用成本低。

技术领域

本发明属于超快太赫兹技术领域，尤其涉及一种太赫兹强度调谐器件及太赫兹强度调谐装置。

背景技术

太赫兹波通常指的是频率在0.1THz至10THz(波长在3nm至30μm)之间的电磁波，波段在微波和红外光之间，属于远红外波段。太赫兹波综合了电子学和光子学的优越性能，具有很多不同于其他波段电磁波的特殊性质,如瞬态性、穿透性高、宽带性、相干性、低能性等，在光谱成像、生物无损检测、安检、物质表征等领域都具有广阔的应用前景。

太赫兹调制器件，主要分为被动器件和主动器件。被动器件，如透镜、分束镜、光栅和偏振器件等常规材料或人造材料；主动器件主要由具有特殊敏感响应的材料，如压电、电光、声光、磁光、相变等材料，或者人造超材料构成，再通过外加电场、光场、磁场等主动调控THz波的透射特征参量或反射特征参量。目前用于THz波段的强度调制器件，主要分为金属网栅、碳纳米管、人工超材料几种。前两种器件属于被动器件，不能进行主动调控，人工超材料尽管原理上可以任意设计，但是每一种设计对应的功能单一，而且对特定波长才行，不能实现宽带调制。此外，需要光刻及腐蚀工艺，成本高，过程复杂，制备后尺寸太小，不易大面积使用。还有，超材料多为金属材料和半导体材料，因此主动调制多采用电控，调控范围有限，应用效果欠佳。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种太赫兹强度调谐器件及太赫兹强度调谐装置，其应用效果佳且成本低。

本发明的技术方案是：一种太赫兹强度调谐器件，包括基底、含半金属元素并可以在外加光场作用下改变内部光声载流子密度和迁移率的半金属材料层和具有开口的金属谐振环，所述半金属材料层设置于所述基底，所述半金属材料层覆盖于所述基底的正面，所述半金属材料层的外形与所述基底的外形相同，所述金属谐振环设置于所述半金属材料层；所述金属谐振环具有中心点，所述开口一端点与所述中心点的连线为第一连线，所述开口另一端点与所述中心点的连线为第二连线，所述第一连线、第二连线之间的夹角不大于90度。

可选地，所述半金属材料层为二碲化钨、二碲化钼或者二碲化铂层，所述二碲化钨、二碲化钼或者二碲化铂层的厚度为100nm-1μm。

可选地，所述金属谐振环呈圆弧形，且所述开口对应的圆心角不大于90 度。

可选地，所述金属谐振环的材料为金、铂、钯或者铜。

可选地，所述基底为石英衬底、金刚石衬底、碳化硅衬底、氮化硅衬底、氮化镓衬底或者高阻硅、锗衬底。

可选地，所述半金属材料层通过磁溅射、分子束外延或者物理气相沉积法设置于所述基底的至少一面上；所述金属谐振环通过具有设定形状开孔的掩模版蒸镀于所述半金属材料层上。

可选地，所述谐振环为亚波长结构。

本发明还提供了一种太赫兹强度调谐装置，包括上述的一种太赫兹强度调谐器件，还包括用于产生外加光场的光源。

可选地，所述光源为连续光源，所述连续光源发射光的粒子能量大于所述半金属材料的带隙值，所述连续光源的输出光功率密度范围为100-1000mW/cm²。