一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器及太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及太赫茲波譜【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器及太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器。本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出了基于石墨烯的一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器及太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，通過(guò)納米金顆粒增強(qiáng)石墨烯吸收光子的效率，提高光生載流子的濃度，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)太赫茲波的吸收，增強(qiáng)調(diào)制器的調(diào)制效果。本實(shí)用新型包括太赫茲波發(fā)生裝置、泵浦光波發(fā)生裝置、太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器等，吸收泵浦光波的光子，產(chǎn)生光生載流子，隨后吸收用太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強(qiáng)度，最終調(diào)制太赫茲波的輸出強(qiáng)度。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于太赫茲通信系統(tǒng)和太赫茲研究領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器及太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太赫茲波譜【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器及太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波在生物醫(yī)學(xué)診斷、機(jī)場(chǎng)安全成像、軍事探測(cè)、大氣研究、高速通信、包裝產(chǎn)品的質(zhì)量控制、農(nóng)業(yè)濕度分析等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。在應(yīng)用需求的推動(dòng)下，太赫茲科學(xué)技術(shù)已取得了很大的進(jìn)展。近二十年來(lái)，太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)和量子級(jí)聯(lián)激光器的發(fā)展，為太赫茲波的研究提供了合適的光源和探測(cè)手段，使得太赫茲發(fā)射和探測(cè)技術(shù)都有了很大的發(fā)展。太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器作為操縱太赫茲信號(hào)傳輸系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，其相關(guān)研究對(duì)太赫茲科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用具有重大意義。由于天然材料對(duì)太赫茲波段的電磁響應(yīng)非常微弱，難以實(shí)際應(yīng)用于調(diào)制太赫茲波，因而相較于太赫茲發(fā)射和探測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，太赫茲調(diào)制技術(shù)卻顯得進(jìn)展緩慢。太赫茲波傳輸過(guò)程中需要的太赫茲濾波器，調(diào)制器，開關(guān)等各種功能器件的研究仍然較為薄弱。
[0003]現(xiàn)已有的太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器主要有兩種，電控調(diào)制器和光控調(diào)制器。目前基于硅等半導(dǎo)體，二氧化釩等相變材料等電控和光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器都存在較多缺點(diǎn)。如:(I)電控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器的諧振回路具有較大的電容和串聯(lián)電阻，通放電需要一定的時(shí)間延遲，導(dǎo)致其調(diào)制器的調(diào)制速度相對(duì)較慢；且在電控太赫茲波調(diào)制器的上下表面都需要導(dǎo)電電極(例如導(dǎo)電硅等)實(shí)現(xiàn)電控調(diào)制器。電極有自由電子，會(huì)吸收太赫茲波，從而引入插入損耗，影響太赫茲調(diào)制效率；(2)硅半導(dǎo)體和二氧化釩材料中光生載流子的遷移速率慢且光生載流子壽命時(shí)間長(zhǎng)(大約為微秒級(jí)量級(jí))，因此，基于硅半導(dǎo)體和二氧化釩材料的電控和光控調(diào)制器限制了太赫茲波的調(diào)制速度，使其調(diào)制速度慢；(3)硅半導(dǎo)體和二氧化釩等調(diào)制器的調(diào)制帶寬窄。綜合來(lái)看，現(xiàn)有的太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器的調(diào)制速度、調(diào)制帶寬都不能滿足太赫茲研究的要求，有待提聞。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)目前已有的太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器的調(diào)制速度低，光譜范圍窄的問(wèn)題，提高系統(tǒng)適用范圍，本實(shí)用新型提出了一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器及太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，通過(guò)納米金顆粒層增強(qiáng)石墨烯層吸收光子的效率，提高光生載流子的密度，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)太赫茲波的吸收，增強(qiáng)調(diào)制器的調(diào)制效果。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器包括:
[0007]太赫茲波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生太赫茲波；
[0008]泵浦光波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生泵浦光波；
[0009]太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，用于吸收泵浦光波的光子，產(chǎn)生光生載流子，隨后吸收用于驅(qū)動(dòng)光生載流子運(yùn)動(dòng)的太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強(qiáng)度；通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦光波的強(qiáng)度，調(diào)節(jié)石墨烯層光生載流子的濃度，最終調(diào)制太赫茲波的輸出強(qiáng)度，其中所述太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器包括:
[0010]納米金顆粒層，用于吸收泵浦光波，納米金顆粒層中的自由電子與入射的泵浦光波產(chǎn)生等離子共振，納米金顆粒層通過(guò)等離子體共振將泵浦光波的光子傳遞給石墨烯層；
[0011]石墨烯層，用于吸收納米金顆粒層傳遞的光子，同時(shí)石墨烯層吸收泵浦光產(chǎn)生的光子，所述光子激發(fā)石墨烯層產(chǎn)生光生載流子；隨后石墨烯層接收太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，光生載流子與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強(qiáng)度；
[0012]石英基底，用于石墨烯層的襯底。
[0013]所述太赫茲波發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生太赫茲波信號(hào)的太赫茲發(fā)生器，以及用于聚焦太赫茲發(fā)生器輸出太赫茲波能量的太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器，所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器將太赫茲波信號(hào)進(jìn)行能量聚焦后，所述太赫茲波焦點(diǎn)位于石墨烯層上表面，石英基底位于石墨烯層下表面。
[0014]所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器是太赫茲透鏡或拋物面鏡。
[0015]所述泵浦光波發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生泵浦光波的激光器，用于調(diào)制泵浦光頻率的聲光調(diào)制器，以及用于將聲光調(diào)制器輸出的泵浦光波聚焦調(diào)節(jié)的泵浦光波調(diào)節(jié)器，所述激光器通過(guò)聲光調(diào)制器與泵浦光波調(diào)節(jié)器光連接。
[0016]所述泵浦光波調(diào)節(jié)器是透鏡。
[0017]當(dāng)泵浦光波與太赫茲波入射角度重合時(shí)，太赫茲波與泵浦光波都是從石墨烯上表面入射，所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器還包括角度調(diào)節(jié)器，所述入射角度指的是入射至石墨烯層的角度。
[0018]當(dāng)泵浦光波垂直入射石墨烯層，太赫茲發(fā)生器輸出的太赫茲波垂直于泵浦光波，所述角度調(diào)節(jié)器是太赫茲調(diào)節(jié)器，經(jīng)太赫茲角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的泵浦光波與太赫茲波入射角度相同時(shí)，太赫茲角度調(diào)節(jié)器是ITO反射鏡；當(dāng)太赫茲波垂直入射石墨烯層，激光器輸出的泵浦光波垂直于太赫茲波，所述角度調(diào)節(jié)器是泵浦光角度調(diào)節(jié)器，經(jīng)過(guò)泵浦光角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的泵浦光波與太赫茲波重合時(shí)，泵浦光角度調(diào)節(jié)器是硅片，所述太赫茲角度調(diào)節(jié)器是透射泵浦光波而反射太赫茲波的調(diào)節(jié)器，所述泵浦光波調(diào)節(jié)器是透射太赫茲波而反射泵浦光波的調(diào)節(jié)器。
[0019]一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器還包括用于探測(cè)太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器輸出的太赫茲波探測(cè)裝置；所述太赫茲波探測(cè)裝置包括太赫茲輸出調(diào)節(jié)器、太赫茲探測(cè)器，所述太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器輸出太赫茲波經(jīng)過(guò)太赫茲輸出調(diào)節(jié)器聚焦后，傳輸至太赫茲探測(cè)器進(jìn)行太赫茲波強(qiáng)度探測(cè)，所述太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器通過(guò)太赫茲輸出調(diào)節(jié)器與太赫茲探測(cè)器光連接。
[0020]包括:
[0021]納米金顆粒層，用于吸收泵浦光波，納米金顆粒層中的自由電子與入射的泵浦光波產(chǎn)生等離子共振，納米金顆粒層通過(guò)等離子體共振將泵浦光波的光子傳遞給石墨烯層；
[0022]石墨烯層，用于吸收納米金顆粒層傳遞的光子，同時(shí)石墨烯層吸收泵浦光產(chǎn)生的光子，所述光子激發(fā)石墨烯層產(chǎn)生光生載流子，隨后石墨烯層接收太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，光生載流子與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強(qiáng)度；
[0023]石英基底，用于石墨烯層的襯底。
[0024]所述石英基底層厚度范圍2-3_ ;納米金顆粒層直徑范圍3nm_6nm。
[0025]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0026]I)采用具有高速光生載流子遷移率、短載流子壽命、寬光譜的石墨烯作為調(diào)制器材料；采用太赫茲波透射系數(shù)高且不會(huì)被泵浦光激發(fā)的石英作為基底；同時(shí)采用聲光調(diào)制器控制的泵浦光來(lái)調(diào)制太赫茲波，從而提高調(diào)制器的調(diào)制速度。
[0027]2)本實(shí)用新型的調(diào)制器適用于任意太赫茲源的強(qiáng)度調(diào)制。
[0028]3)本實(shí)用新型的太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器具有調(diào)制速度快、調(diào)制帶寬寬、適用于任意太赫茲源、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)和調(diào)制方法簡(jiǎn)單，便于小型化和集成化。本實(shí)用新型適用于絕大部分太赫茲通信系統(tǒng)和太赫茲研究領(lǐng)域中對(duì)太赫茲波的強(qiáng)度調(diào)制。
[0029]4)太赫茲波與泵浦光波的輸入角度可以是任意角度。
[0030]金納米顆粒的等離子體共振能夠使石墨烯層的表面量子效率提高到1500%，從而提高石墨烯層對(duì)入射的泵浦光光子的吸收，從而提高光生載流子的密度，加強(qiáng)對(duì)太赫茲波的吸收，增強(qiáng)調(diào)制器的調(diào)制效果。石英幾乎不吸收太赫茲波且不會(huì)被泵浦光激發(fā)，作為基底不會(huì)影響對(duì)太赫茲的調(diào)制速度和調(diào)制帶寬。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0031]本實(shí)用新型將通 過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:[0032]圖1太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖。[0033]圖2太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器的原理示意圖。[0034]圖3全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器實(shí)施例一原理框圖。[0035]圖4全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器實(shí)施例二:原理框圖。[0036]圖5全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器實(shí)施例三〔原理框圖。[0037]附圖標(biāo)記[0038]1-太赫茲發(fā)生器 2-太赫茲透鏡3-激光器 4-聲光調(diào)制器[0039]5-透鏡 6-太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器7-太赫茲透鏡 8-太赫茲探測(cè)器[0040]9-拋物面鏡 10 -光束整形器件11-1TO反射鏡[0041]61-納米金顆粒層 62-石墨烯層 63-石英基底
【具體實(shí)施方式】
[0042]本說(shuō)明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0043]本說(shuō)明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0044]本實(shí)用新型相關(guān)說(shuō)明:
[0045]I太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器組成:
[0046]如圖1所示，包括納米金顆粒層、石墨烯層、石英基底，所述石墨烯層上表面鍍了一層金納米顆粒。由于石墨烯層對(duì)可見光的低吸收效率(單層石墨烯只有2.3%的光吸收率)，所以本實(shí)用新型中用金納米顆粒來(lái)提高對(duì)泵浦激光的光吸收，從而為石墨烯層提供更多的光子，提高光生載流子的密度，加強(qiáng)對(duì)太赫茲波的吸收。
[0047]2太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器工作原理:
[0048]I)如圖2所示，太赫茲波調(diào)制器受泵浦光波22輻照，納米金顆粒層中的自由電子同入射的泵浦光波發(fā)生耦合共振。納米金顆粒層通過(guò)等離子體共振將泵浦光波的光子傳遞給石墨稀層，提聞石墨稀層的光吸收效率。
[0049]2)石墨烯層吸收納米金顆粒層傳遞的光生，同時(shí)石墨烯層吸收泵浦光產(chǎn)生的光子，光子激發(fā)石墨烯層產(chǎn)生光生載流子，隨后石墨烯層接收驅(qū)動(dòng)光生載流子運(yùn)動(dòng)的太赫茲波21，在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，光生載流子通過(guò)與其他粒子相互作用(例如:散射、碰撞等)將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致太赫茲波經(jīng)過(guò)受激發(fā)的太赫茲波調(diào)制器后強(qiáng)度減弱被吸收。因此，近似的認(rèn)為被吸收的太赫茲波的強(qiáng)度正比于光生載流子密度。太赫茲波經(jīng)過(guò)受激發(fā)的太赫茲波調(diào)制器后強(qiáng)度減弱，調(diào)節(jié)泵浦光的能量強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)石墨烯層光生載流子濃度，從而控制輸出太赫茲波23強(qiáng)度。
[0050]其中太赫茲波垂直入射到太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器上，太赫茲波的焦點(diǎn)位于石墨烯層上表面(因?yàn)榧{米金顆粒直徑范圍3nm-6nm，只是非常薄的一層，實(shí)際太赫茲波的焦點(diǎn)位于也會(huì)是納米金顆粒層表面)。
[0051]3全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器工作原理:
[0052]I)通過(guò)太赫茲波發(fā)生器產(chǎn)生太赫茲波，經(jīng)過(guò)太赫茲波角度調(diào)節(jié)器將太赫茲波調(diào)節(jié)至石墨烯層上，采用聲光調(diào)制器調(diào)制后，在經(jīng)過(guò)泵浦光波角度:調(diào)節(jié)器將泵浦光發(fā)送至太赫茲波調(diào)節(jié)器(包括納米金顆粒層、石墨烯層、石英基底)上，太赫茲波調(diào)制器受泵浦光波輻照，納米金顆粒層中的自由電子同入射的泵浦光波發(fā)生耦合共振。納米金顆粒層通過(guò)等離子體共振將泵浦光波的光子傳遞給石墨烯層，提高石墨烯層的光吸收效率。
[0053]2)石墨烯層吸收納米金顆粒層傳遞的光子，同時(shí)石墨烯層吸收泵浦光產(chǎn)生的光子，所述光子激發(fā)石墨烯層產(chǎn)生光生載流子，隨后石墨烯層接收驅(qū)動(dòng)光生載流子運(yùn)動(dòng)的太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，與其他粒子相互作用(例如:散射、碰撞等)將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致太赫茲波經(jīng)過(guò)受激發(fā)的太赫茲波調(diào)制器后強(qiáng)度減弱被吸收。因此，近似的認(rèn)為被吸收的太赫茲波的強(qiáng)度正比于光生載流子密度。太赫茲波經(jīng)過(guò)受激發(fā)的太赫茲波調(diào)制器后強(qiáng)度減弱，調(diào)節(jié)泵浦光的能量強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)石墨烯層光生載流子濃度，從而控制太赫茲波強(qiáng)度的調(diào)制度。
[0054]其中太赫茲波垂直入射到太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器上，太赫茲波的焦點(diǎn)位于石墨烯層上表面(因?yàn)榧{米金顆粒直徑范圍3nm-6nm，只是非常薄的一層，實(shí)際太赫茲波的焦點(diǎn)位于也會(huì)是納米金顆粒層表面)。
[0055]4石墨烯層是石墨烯采用化學(xué)氣相沉淀(沉積)法(如CVD法)生成。
[0056]5納米金顆粒層是通過(guò)納米金顆粒組成。
[0057]6石英基底厚度范圍2_3mm。
[0058]7其他粒子指的是自由電子、表面等離子體激元、激子、紅外聲子、極化子、極化激
J Li ο
[0059]8當(dāng)太赫茲波與泵浦光波同時(shí)從石墨烯層上表面入射時(shí)，太赫茲波半徑小于泵浦光波半徑，太赫茲波與泵浦光波中心重合。當(dāng)太赫茲波與泵浦光波分別從石墨烯層上表面與石英基底底面入射時(shí)，太赫茲波與泵浦光波中心重合。
[0060]9透鏡用來(lái)聚焦泵浦光波，不能用來(lái)聚焦太赫茲波，太赫茲透鏡用來(lái)聚焦太赫茲波。
[0061]10太赫茲輸出調(diào)節(jié)器是太赫茲透鏡或拋物面鏡。
[0062]11太赫茲發(fā)生裝置的作用是產(chǎn)生太赫茲波、進(jìn)行聚焦，并將太赫茲波入射至石墨烯層上表面上。泵浦光波裝置的作用是產(chǎn)生泵浦光波、進(jìn)行聚焦，并將泵浦光波入射至石墨烯層表面上，太赫茲波探測(cè)裝置的作用是用于檢測(cè)被調(diào)至后的太赫茲波的強(qiáng)度。實(shí)施例十二至十七只是太赫茲波發(fā)生器、泵浦光波發(fā)生器及太赫茲波探測(cè)裝置的幾個(gè)實(shí)施例，實(shí)際中有更多種組合能說(shuō)明。
[0063]12納米金顆粒層制作方式:金屬薄膜通過(guò)熱退火處理法(350°C，控制環(huán)境下，15分鐘)濺射在硅/ 二氧化硅基底上，得到高密度單層的納米金顆粒。
[0064]13納米金顆粒層附著在石墨烯層層上表面的過(guò)程是:
[0065]I)通過(guò)旋轉(zhuǎn)的方法將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)均勻的包裹金納米顆粒，形成PMMA/金納米顆粒薄膜；
[0066]2)將PMMA/納米金顆粒層薄膜移到通過(guò)的石墨烯層上表面，用去離子水反復(fù)沖洗，將PMMA溶解掉，金納米顆粒均勻留在石墨烯層上表面。
[0067]實(shí)施例一:一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器包括:
[0068]太赫茲波發(fā)生裝置,用于產(chǎn)生太赫茲波；
[0069]泵浦光波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生泵浦光波；
[0070]太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，用于吸收泵浦光波的光子，產(chǎn)生光生載流子，隨后吸收用于驅(qū)動(dòng)光生載流子運(yùn)動(dòng)的太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強(qiáng)度；通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦光波的強(qiáng)度，調(diào)節(jié)石墨烯層光生載流子的濃度，最終調(diào)制太赫茲波的輸出強(qiáng)度，其中所述太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器包括:
[0071]納米金顆粒層，用于吸收泵浦光波，納米金顆粒層中的自由電子與入射的泵浦光波產(chǎn)生等離子共振，納米金顆粒層通過(guò)等離子體共振將泵浦光波的光子傳遞給石墨烯層；
[0072]石墨烯層，用于吸收納米金顆粒層傳遞的光子，同時(shí)石墨烯層吸收泵浦光產(chǎn)生的光子，所述光子激發(fā)石墨烯層產(chǎn)生光生載流子；隨后石墨烯層接收太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，光生載流子與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強(qiáng)度；
[0073]石英基底，用于石墨烯層的襯底。
[0074]實(shí)施例二:在實(shí)施例一基礎(chǔ)上，所述太赫茲波發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生太赫茲波信號(hào)的太赫茲發(fā)生器，以及用于聚焦太赫茲發(fā)生器輸出太赫茲波能量的太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器，所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器將太赫茲波信號(hào)進(jìn)行能量聚焦后，所述太赫茲波焦點(diǎn)位于石墨稀層上表面，石英基底位于石墨稀層下表面。
[0075]實(shí)施例三:在實(shí)施例二基礎(chǔ)上,所述太赫茲波輸入角度調(diào)節(jié)器是太赫茲透鏡或拋物面鏡。
[0076]實(shí)施例四:在實(shí)施例二或三基礎(chǔ)上，所述泵浦光波發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生泵浦光波的激光器，用于調(diào)制泵浦光頻率的聲光調(diào)制器，以及用于將聲光調(diào)制器輸出的泵浦光波聚焦調(diào)節(jié)的泵浦光波調(diào)節(jié)器，所述激光器通過(guò)聲光調(diào)制器與泵浦光波調(diào)節(jié)器光連接。
[0077]實(shí)施例五:在實(shí)施例四基礎(chǔ)上，所述泵浦光波調(diào)節(jié)器是透鏡或者ITO反射鏡。
[0078]實(shí)施例六:在實(shí)施例五基礎(chǔ)上,所述當(dāng)泵浦光波與太赫茲波入射角度重合時(shí),太赫茲波與泵浦光波都是從石墨烯上表面入射，所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器還包括角度調(diào)節(jié)器，所述入射角度指的是入射至石墨烯層的角度。
[0079]實(shí)施例七:在實(shí)施例六基礎(chǔ)上，所述當(dāng)泵浦光波垂直入射石墨烯層，太赫茲發(fā)生器輸出的太赫茲波垂直于泵浦光波，所述角度調(diào)節(jié)器是太赫茲調(diào)節(jié)器，經(jīng)太赫茲角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的泵浦光波與太赫茲波入射角度相同時(shí)，太赫茲角度調(diào)節(jié)器是ITO反射鏡；當(dāng)太赫茲波垂直入射石墨烯層，激光器輸出的泵浦光波垂直于太赫茲波，所述角度調(diào)節(jié)器是泵浦光角度調(diào)節(jié)器，經(jīng)過(guò)泵浦光角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的泵浦光波與太赫茲波重合時(shí)，泵浦光角度調(diào)節(jié)器是硅片，所述太赫茲角度調(diào)節(jié)器是透射泵浦光波而反射太赫茲波的調(diào)節(jié)器，所述泵浦光波調(diào)節(jié)器是透射太赫茲波而反射泵浦光波的調(diào)節(jié)器。
[0080]實(shí)施例八:在實(shí)施例一至七之一基礎(chǔ)上,一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器還包括用于探測(cè)太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器輸出的太赫茲波探測(cè)裝置；所述太赫茲波探測(cè)裝置包括太赫茲輸出調(diào)節(jié)器、太赫茲探測(cè)器，所述太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器輸出太赫茲波經(jīng)過(guò)太赫茲輸出調(diào)節(jié)器聚焦后，傳輸至太赫茲探測(cè)器進(jìn)行太赫茲波強(qiáng)度探測(cè)，所述太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器通過(guò)太赫茲輸出調(diào)節(jié)器與太赫茲探測(cè)器光連接。
[0081]實(shí)施例九:在實(shí)施例八基礎(chǔ)上，太赫茲輸出調(diào)節(jié)器與太赫茲輸入調(diào)節(jié)器是相同的。
[0082]實(shí)施例十:在實(shí)施例九基礎(chǔ)上,所述太赫茲波輸出調(diào)節(jié)器是太赫茲透鏡或拋物面鏡以及其他類似的器件代替。
[0083]實(shí)施例十一:一種太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器包括:
[0084]納米金顆粒層，用于吸收泵浦光波，納米金顆粒層中的自由電子與入射的泵浦光波產(chǎn)生等離子共振，納米金顆粒層通過(guò)等離子體共振將泵浦光波的光子傳遞給石墨烯層；
[0085]石墨烯層，用于吸收納米金顆粒層傳遞的光子，同時(shí)石墨烯層吸收泵浦光產(chǎn)生的光子，所述光子激發(fā)石墨烯層產(chǎn)生光生載流子，隨后石墨烯層接收太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，光生載流子與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強(qiáng)度；
[0086]石英基底，用于石墨烯層的襯底。
[0087]實(shí)施例十二:在實(shí)施例一至十一之一基礎(chǔ)上，所述泵浦光波與太赫茲波入射角度夾角為任意角度。當(dāng)太赫茲波與泵浦光波分別從太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器納米金顆粒層上端面或者石英基底底端面入射時(shí)，太赫茲波與泵浦光波之間夾角為鈍角(不做延長(zhǎng)線)。
[0088]實(shí)施例十三:在實(shí)施例十二基礎(chǔ)上，所述石英基底厚度范圍2_3mm ;納米金顆粒直徑范圍3nm_6nm。
[0089]實(shí)施例十四:如圖3所示，一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器包括太赫茲發(fā)生裝置、泵浦光波裝置、太赫茲波探測(cè)裝置。所述太赫茲發(fā)生裝置包括太赫茲發(fā)生器和太赫茲輸入調(diào)節(jié)器；所述泵浦光波發(fā)生裝置包括激光器(當(dāng)然可以用別的能產(chǎn)生泵浦光波的裝置)、聲光調(diào)制器和泵浦光波調(diào)制器；所述太赫茲波探測(cè)裝置包括太赫茲波探測(cè)器和太赫茲波輸出調(diào)節(jié)器。太赫茲輸入調(diào)節(jié)器是太赫茲透鏡2，太赫茲輸出調(diào)節(jié)器是太赫茲透鏡7，太赫茲透鏡7與太赫茲透鏡一樣。泵浦光波調(diào)節(jié)器包括透鏡5 (用ITO反射鏡或者其他類型器件代替)。這個(gè)裝置中太赫茲波與泵浦光波入射角不重合。
[0090]實(shí)施例十五:如圖4所示，一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器包括太赫茲發(fā)生裝置、泵浦光波裝置、太赫茲波探測(cè)裝置。所述太赫茲發(fā)生裝置包括太赫茲發(fā)生器和太赫茲輸入調(diào)節(jié)器；所述泵浦光波發(fā)生裝置包括激光器(當(dāng)然可以用別的能產(chǎn)生泵浦光波的裝置)、聲光調(diào)制器和泵浦光波調(diào)節(jié)器；所述太赫茲波探測(cè)裝置包括太赫茲波探測(cè)器和太赫茲波輸出調(diào)節(jié)器，太赫茲輸入調(diào)節(jié)器是拋物面鏡2，太赫茲輸出調(diào)節(jié)器是拋物面鏡7，太赫茲透鏡7與太赫茲透鏡一樣。泵浦光波調(diào)節(jié)器包括透鏡5 (用ITO反射鏡或者其他類型器件代替)。這個(gè)裝置中太赫茲波與泵浦光波入射角不重合。拋物面鏡7與拋物面鏡2參數(shù)相同。
[0091]實(shí)施例十六:如圖5所示，一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器包括太赫茲發(fā)生裝置、泵浦光波發(fā)生裝置、太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器和太赫茲波探測(cè)裝置。所述太赫茲發(fā)生裝置包括太赫茲發(fā)生器、太赫茲角度調(diào)節(jié)器和太赫茲輸入調(diào)節(jié)器；所述泵浦光波發(fā)生裝置包括激光器(當(dāng)然可以用別的能產(chǎn)生泵浦光波的裝置)、聲光調(diào)制器和光束整形元件；所述太赫茲波探測(cè)裝置包括太赫茲波探測(cè)器和太赫茲波輸出調(diào)節(jié)器，太赫茲輸入調(diào)節(jié)器是太赫茲透鏡(用拋物面鏡代替)，太赫茲輸出調(diào)節(jié)器是太赫茲透鏡(用拋物面鏡代替)。太赫茲波與泵浦光波入射角度重合。泵浦光波垂直入射石墨烯層，太赫茲發(fā)生器輸出的太赫茲波垂直于泵浦光波時(shí)，經(jīng)太赫茲角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的泵浦光波與太赫茲波入射角度相同時(shí)，太赫茲角度調(diào)節(jié)器是ITO反射鏡。
[0092]實(shí)施例十七:在實(shí)施例十六基礎(chǔ)上，在聲光調(diào)制器與ITO反射鏡之間加透鏡。只要保證泵浦光光斑大于太赫茲波光斑。
[0093]實(shí)施例十八:在實(shí)施例十六或十七基礎(chǔ)上，若太赫茲波垂直入射石墨烯表面，激光器輸出的泵浦光波垂直于太赫茲波，經(jīng)過(guò)太赫茲角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的泵浦光波與太赫茲波重合時(shí)，泵浦光角度調(diào)節(jié)器是硅片，其中硅片透太赫茲波(只是吸收少部分的太赫茲波)并且反射泵浦光波。硅片是本征硅。
[0094]實(shí)施例十九:在實(shí)施例一至十八之一基礎(chǔ)上，還可在激光器與聲光調(diào)制器之間加上光束整形器件，將光束進(jìn)行整形，使得光斑均勻入射。
[0095]本實(shí)用新型并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本實(shí)用新型擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組
口 ο
【權(quán)利要求】
1.一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于包括:太赫茲波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生太赫茲波；泵浦光波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生泵浦光波；太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，用于吸收泵浦光波的光子，產(chǎn)生光生載流子，隨后吸收用于驅(qū)動(dòng)光生載流子運(yùn)動(dòng)的太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強(qiáng)度；通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦光波的強(qiáng)度，調(diào)節(jié)石墨烯層光生載流子的濃度，最終調(diào)制太赫茲波的輸出強(qiáng)度，其中所述太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器包括:納米金顆粒層，用于吸收泵浦光波，納米金顆粒層中的自由電子與入射的泵浦光波產(chǎn)生等離子共振，納米金顆粒層通過(guò)等離子體共振將泵浦光波的光子傳遞給石墨烯層；石墨烯層，用于吸收納米金顆粒層傳遞的光子，同時(shí)石墨烯層吸收泵浦光產(chǎn)生的光子，所述光子激發(fā)石墨烯層產(chǎn)生光生載流子；隨后石墨烯層接收太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，光生載流子與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強(qiáng)度；石英基底，用于石墨烯層的襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于所述太赫茲波發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生太赫茲波信號(hào)的太赫茲發(fā)生器，以及用于聚焦太赫茲發(fā)生器輸出太赫茲波能量的太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器，所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器將太赫茲波信號(hào)進(jìn)行能量聚焦后，所述太赫茲波焦點(diǎn)位于石墨烯層上表面，石英基底位于石墨烯層下表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器是太赫茲透鏡或拋物面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于所述泵浦光波發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生泵浦光波的激光器，用于調(diào)制泵浦光頻率的聲光調(diào)制器，以及用于將聲光調(diào)制器輸出的泵浦光波聚焦調(diào)節(jié)的泵浦光波調(diào)節(jié)器，所述激光器通過(guò)聲光調(diào)制器與泵浦光波調(diào)節(jié)器光連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于所述泵浦光波調(diào)節(jié)器是透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于當(dāng)泵浦光波與太赫茲波入射角度重合時(shí)，太赫茲波與泵浦光波都是從石墨烯上表面入射，所述太赫茲波輸入調(diào)節(jié)器還包括角度調(diào)節(jié)器，所述入射角度指的是入射至石墨烯層的角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于當(dāng)泵浦光波垂直入射石墨烯層，太赫茲發(fā)生器輸出的太赫茲波垂直于泵浦光波，所述角度調(diào)節(jié)器是太赫茲調(diào)節(jié)器，經(jīng)太赫茲角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的泵浦光波與太赫茲波入射角度相同時(shí)，太赫茲角度調(diào)節(jié)器是ITO反射鏡；當(dāng)太赫茲波垂直入射石墨烯層，激光器輸出的泵浦光波垂直于太赫茲波，所述角度調(diào)節(jié)器是泵浦光角度調(diào)節(jié)器，經(jīng)過(guò)泵浦光角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后的泵浦光波與太赫茲波重合時(shí)，泵浦光角度調(diào)節(jié)器是硅片，所述太赫茲角度調(diào)節(jié)器是透射泵浦光波而反射太赫茲波的調(diào)節(jié)器，所述泵浦光波調(diào)節(jié)器是透射太赫茲波而反射泵浦光波的調(diào)節(jié)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的一種全光控太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于還包括用于探測(cè)太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器輸出的太赫茲波探測(cè)裝置；所述太赫茲波探測(cè)裝置包括太赫茲輸出調(diào)節(jié)器、太赫茲探測(cè)器，所述太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器輸出太赫茲波經(jīng)過(guò)太赫茲輸出調(diào)節(jié)器聚焦后，傳輸至太赫茲探測(cè)器進(jìn)行太赫茲波強(qiáng)度探測(cè)，所述太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器通過(guò)太赫茲輸出調(diào)節(jié)器與太赫茲探測(cè)器光連接。
9.一種太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于包括:納米金顆粒層，用于吸收泵浦光波，納米金顆粒層中的自由電子與入射的泵浦光波產(chǎn)生等離子共振，納米金顆粒層通過(guò)等離子體共振將泵浦光波的光子傳遞給石墨烯層；石墨烯層，用于吸收納米金顆粒層傳遞的光子，同時(shí)石墨烯層吸收泵浦光產(chǎn)生的光子，所述光子激發(fā)石墨烯層產(chǎn)生光生載流子，隨后石墨烯層接收太赫茲波，光生載流子在太赫茲波電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，光生載流子與其他粒子相互作用，將太赫茲波電場(chǎng)能量消耗并分散到其他粒子中，從而調(diào)制太赫茲波的強(qiáng)度；石英基底，用于石墨烯層的襯底。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種太赫茲強(qiáng)度調(diào)制器，其特征在于所述石英基底層厚度范圍2-3_ ;納米金顆粒層直徑范圍3nm_6nm。
【文檔編號(hào)】G02F1/01GK203444187SQ201320506564
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】彭龍瑤, 朱禮國(guó), 鐘森城, 孟坤, 劉喬, 李澤仁 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所