[发明专利]PDE太赫兹发射源及发射方法

说明书

本发明公开了一种PDE太赫兹发射源及发射方法，发射源包括：激光源，用于产生特定偏振的飞秒激光；转换部，用于将飞秒激光转换产生太赫兹辐射；发射支架，用于调节与放置所述转换部；其中，所述转换部包括基底，所述基底的一侧覆盖有至少一层具有中心反演对称性的拓扑半金属纳米薄膜层。本发明将传统意义上无法作为太赫兹发射源的中心对称拓扑半金属材料加以利用，成为新的太赫兹源。

技术领域

本发明涉及电磁波领域，具体涉及一种宽带偏振和强度可调的PDE太赫兹发射源及发射方法。

背景技术

太赫兹辐射是一种远红外电磁波，其频率范围在0.1到10太赫兹(THz)之间，处于传统光学与电子学的边缘频段。由于许多分子和晶体中的化学键能量在太赫兹电磁波光子能量范围内(0.5～50meV)，所以太赫兹光谱可以用于对材料中的化学键进行探测。此外，材料中的自由电子，由于其散射频率也处于太赫兹频率，因而可以被太赫兹电磁波所测量。也正是由于这个原因，太赫兹波对许多绝缘材料，例如服装、纸张、砖石、塑料、陶瓷、干木、半导体晶圆等都是透明的。目前有许多太赫兹光谱探测技术，能够方便又迅速地对材料进行分析和鉴别，进而在材料研究领域有广泛的用途。同时，太赫兹光谱技术是一种非接触测量技术，它能够对半导体、电介质薄膜及物体材料的物理信息进行快速的测量。因此，太赫兹光谱技术可以广泛地用于物理、化学、生物、医学和材料学分析，并在安检、工业生产、雷达等领域有着极大的应用前景。

然而，目前市面上的太赫兹源和探测器均无法达到理想的效率，其太赫兹低产生效率和探测器的低灵敏极大地限制太赫兹技术的推广。目前中等大小的宽谱脉冲THz源通常小于1mW，因此很昂贵，也很难检测。基于光学手段的传统宽谱太赫兹发射方法是利用激光照射非线性晶体，利用其中的光整流效应产生太赫兹辐射，但其单位厚度的太赫兹发射效率较低。在目前的前沿研究中，已经发现了一些拓扑半金属晶体，在相同的厚度和其他环境条件下，以高出传统非线性晶体数百倍的效率产生太赫兹辐射。例如具有中心反演对称性的拓扑半金属晶体砷化钽(TaAs)，其太赫兹发射效率为传统太赫兹发射晶体碲化锌(ZnTe)的数百倍。其原因是拓扑半金属中存在非平凡量子几何结构，即是非零的贝利曲率(Berry curvature)。但是，由于太赫兹产生过程是二阶非线性效应，要求材料本身的晶体结构不具备中心反演对称性，因而有大批的具有中心反演对称拓扑材料无法用于太赫兹发射，这使得许多具有大贝利曲率的拓扑半金属材料无法应在太赫兹领域应用。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种宽带偏振和强度可调的PDE太赫兹发射源及发射方法，它可以解决现有中心反演对称的拓扑材料无法运用于太赫兹发射的问题。

根据本发明的一方面，提供一种PDE太赫兹发射源，包括：激光源，用于产生特定偏振的飞秒激光；转换部，用于将飞秒激光转换产生太赫兹辐射；发射支架，用于放置所述转换部；其中，所述转换部包括基底，所述基底的一侧覆盖有至少一层具有中心反演对称性的拓扑半金属纳米薄膜层。

可选地，所述发射支架包括底座和旋转部，所述转换部与所述旋转部连接，转动所述旋转部以改变所述飞秒激光照射到所述拓扑半金属纳米薄膜层的入射角。

可选地，所述激光源包括：飞秒脉冲激光器，用于产生飞秒激光光束；偏振调节器，位于所述飞秒脉冲激光器和所述转换部之间，用于调节所述飞秒激光光束的偏振状态。

可选地，所述转换部还包括固定台，连接臂以及纳米级覆盖层，其中，所述基底与所述连接臂固定连接，并通过所述连接臂固定于所述固定台，所述纳米级覆盖层位于所述拓扑半金属纳米薄膜层远离所述基底的一侧表面。

可选地，所述固定台与所述转换部连接。

可选地，所述基底的材质包括玻璃、石英、蓝宝石、氧化钛、氧化锌、氧化锆、氧化锗、氧化镧、氧化锡或硅。

可选地，所述基底覆盖有拓扑半金属纳米薄膜层的表面和另一侧相对的表面均为抛光面。