一種基于dast晶體的太赫茲偏振電光調(diào)制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太赫茲波調(diào)制領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種基于有機(jī)電光DAST晶體對 傳輸太赫茲波偏振態(tài)進(jìn)行電光調(diào)制的裝置和方法，利用DAST晶體晶軸折射率在不同電場電 壓下會發(fā)生改變，從而影響太赫茲波在晶體內(nèi)的延時相位差，對傳輸太赫茲波的偏振狀態(tài) 進(jìn)tx調(diào)制。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲波在無損檢測、安全成像、通訊和傳感等領(lǐng)域內(nèi)都經(jīng)歷著飛速的發(fā)展和各 式各樣的應(yīng)用方式。近年來，太赫茲波的偏振態(tài)控制可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域中，包括通信編 碼、高速光開關(guān)、傳感、檢測和成像等等與人們生活息息相關(guān)的領(lǐng)域中。這些有價值的應(yīng)用 不僅需要高效的太赫茲發(fā)射源和高靈敏度的太赫茲探測器，還需要高效的光學(xué)器件來調(diào)控 太赫茲波，如調(diào)幅器、棱鏡、波片、高速開關(guān)盒偏振旋轉(zhuǎn)器等。但由于技術(shù)的限制，人類對太 赫茲波段的偏振研究還處于比較真空的狀態(tài)，對太赫茲波段的偏振態(tài)調(diào)控器件的研究是少 之又少。因此，實現(xiàn)任意掌控太赫茲波的偏振狀態(tài)就成為了緊迫和開創(chuàng)性的任務(wù)。
[0003] 目前，在太赫茲波段內(nèi)的偏振態(tài)調(diào)控器件主要是金屬線柵偏振片，這種結(jié)構(gòu)已經(jīng) 實現(xiàn)商用，但是還存在著許多的不足和缺陷，包括其價格昂貴、偏振調(diào)制方式單一、金屬結(jié) 構(gòu)的脆弱性等等。太赫茲偏振片和波片也是比較常用的太赫茲偏振元件，偏振片可實現(xiàn)太 赫茲波的線偏振起偏和檢偏作用，波片起位相延遲和偏振態(tài)轉(zhuǎn)換的功能。采用雙面刻槽或 開口諧振環(huán)超材料的太赫茲波片也可以實現(xiàn)大于99%的圓偏振，但也只能單頻工作。各向 同性手性超材料的偏振轉(zhuǎn)換對入射偏振方向不敏感，一般需要通過三維結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，制作 過程較復(fù)雜。雙各向異性超材料可以通過太赫茲波的斜入射實現(xiàn)其偏振轉(zhuǎn)換，但適用條件 和實際操作較復(fù)雜。除了上述的偏振片器件以外，在太赫茲領(lǐng)域內(nèi)再沒有更實用和有效的 偏振調(diào)制器件了。
[0004] 晶體電光調(diào)制器件主要使用的是電光晶體，如KTP晶體、鈮酸鋰鐵電晶體以及DAST 晶體等，在外加電場作用下產(chǎn)生電光效應(yīng)來達(dá)到調(diào)制的目的。有機(jī)非線性光學(xué)晶體4-(4-二 甲基氨基苯乙烯基）甲基吡啶對甲基苯磺酸鹽(DAST)晶體，屬于單斜晶系，空間群Cc，點群 m，與無機(jī)非線性光學(xué)晶體(如KTP、LiNb03等)相比，DAST晶體的非線性光學(xué)系數(shù)和電光系數(shù) 都比較大，低的介電常數(shù)，以及在相干長度和響應(yīng)時間方面都占有優(yōu)勢。因此，DAST晶體不 僅能夠利用差頻相位匹配以此來產(chǎn)生太赫茲波輻射，并且能夠?qū)μ掌澆ㄟM(jìn)行調(diào)制。由于 DAST晶體的非線性極化效應(yīng)，當(dāng)晶體上有外加電場作用時，晶體輸出太赫茲波信號的相位 會隨著晶體折射率的變化而發(fā)生變化，這樣就使得輸出兩個分量之間的相位差隨著外加電 場的變化而變化，從而實現(xiàn)電光調(diào)制。他可以在不同得電壓下實現(xiàn)太赫茲波相應(yīng)的線偏振 到線偏振的偏振方向旋轉(zhuǎn)功能和線偏振到橢圓偏振的偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)化功能。實際上可以根據(jù) 應(yīng)用的需求來設(shè)計相應(yīng)的偏振轉(zhuǎn)化器件，從而大大提高了這種轉(zhuǎn)化器件的使用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于DAST晶體的太赫茲偏 振電光調(diào)制裝置及方法，將有機(jī)電光DAST晶體設(shè)計成為電光調(diào)制器，能將輸入的線偏振太 赫茲波轉(zhuǎn)變成任意指定的偏振態(tài)輸出。同時該調(diào)制方法所用的器件具有工藝簡單、價格低 廉、小型化等高技術(shù)性能，使之更具有使用價值和產(chǎn)業(yè)化。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種基于DAST晶體的太赫茲偏振電光調(diào)制裝置，包括調(diào)制器和輸入匹配電路，所 述調(diào)制器由有機(jī)電光DAST晶體和金屬電極構(gòu)成，所述輸入匹配電路由輸入電源和可調(diào)諧電 阻器構(gòu)成，所述輸入電源的正負(fù)電極分別與所述調(diào)制器上的金屬電極相連接。
[0008] 所述有機(jī)電光DAST晶體的尺寸為10mm X 10mm X (1~2mm)。
[0009] 所述金屬電極的厚度為500nm~lOOOnm。
[0010] 所述金屬電極由金、銀、鉑或鋁金屬構(gòu)成。
[0011] -種基于DAST晶體的太赫茲偏振電光調(diào)制裝置的調(diào)制方法，包括以下步驟：
[0012] 調(diào)節(jié)可調(diào)諧電阻器使輸入電源提供的調(diào)制電壓加載到有機(jī)電光DAST晶體的金屬 電極上；
[0013] 使太赫茲波入射至有機(jī)電光DAST晶體，入射到有機(jī)電光DAST晶體的太赫茲波分解 為兩個相互垂直的偏振分量；
[0014] 通過可調(diào)諧電阻器調(diào)節(jié)輸入匹配電路的輸入電壓，改變有機(jī)電光DAST晶體兩個感 應(yīng)主軸的折射率，控制太赫茲波在電場作用下兩個振動分量之間的相位差，實現(xiàn)對太赫茲 波偏振狀態(tài)的調(diào)制。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：
[0016] 本發(fā)明利用有機(jī)電光DAST晶體的電光特性進(jìn)彳丁太赫茲福射波的偏振態(tài)調(diào)制，實現(xiàn) 具有驅(qū)動電壓低、響應(yīng)速度快、輸出偏振態(tài)穩(wěn)定，可以在不同得電壓下實現(xiàn)太赫茲波相應(yīng)的 線偏振到線偏振的偏振方向旋轉(zhuǎn)功能和線偏振到任意的偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)化功能。此外本發(fā)明裝 置具有調(diào)制帶寬高、傳輸損耗和插入損耗小、驅(qū)動功率小、制作工藝簡單的優(yōu)點，可用于太 赫茲輻射通信和信息處理領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0017]圖1為有機(jī)電光DAST晶體的晶軸和介質(zhì)軸示意圖。
[0018] 圖2為太赫茲波偏振態(tài)電光調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3為太赫茲波輸出強(qiáng)度調(diào)制器裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 附圖標(biāo)記：1_有機(jī)電光DAST晶體2-金屬電極3-可調(diào)諧電阻器4-輸入電源5-檢 偏器
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：
[0022] 以下視圖中出現(xiàn)的X1軸、X2軸和X3軸分別為空間直角坐標(biāo)系對應(yīng)的坐標(biāo)軸。
[0023] -種基于DAST晶體的太赫茲偏振電光調(diào)制裝置，包括調(diào)制器和輸入匹配電路，所 述調(diào)制器由有機(jī)電光DAST晶體1和金屬電極2構(gòu)成，輸入匹配電路由輸入電源4和可調(diào)諧電 阻器3構(gòu)成，輸入電源4的正負(fù)電極分別與調(diào)制器上的金屬電極2相連接。
[0024] 有機(jī)電光DAST晶體1用作太赫茲波偏振電光調(diào)制時，該晶體需要進(jìn)行c切割，切割 完成后，標(biāo)識有機(jī)電光DAST晶體的晶軸和介質(zhì)軸。晶軸為具有光學(xué)異構(gòu)的雙折射晶體中的 方向（在該方向中，折射率恒定，即使非偏振光入射也不出現(xiàn)雙折射，并且普通光線與異常 光線重合），介質(zhì)軸為普通光線與異常光線的偏離處于最小的方向。如圖1所示，非線性光學(xué) 晶體的光軸可以根據(jù)晶體的折射率和晶體結(jié)構(gòu)來唯一確定。圖1例不了有機(jī)電光DAST晶體 的晶軸和介質(zhì)軸。針對晶軸和介質(zhì)軸的標(biāo)識，可以通過測量折射率的方法(諸如測量吸收系 數(shù)并計算克雷默斯-克朗尼(Kramers-Kronig)關(guān)系的方法)來標(biāo)識。還可以通過利用晶體