一種基于窄帶半導(dǎo)體銻化銦的太赫茲圓偏振光產(chǎn)生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)以及太赫茲科學(xué)與技術(shù)，特別是一種基于窄帶半導(dǎo)體銻化銦的太 赫茲圓偏振光產(chǎn)生方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲波是頻率0.1-10THZ(1THZ = 1012Hz)范圍的電磁波，它對(duì)應(yīng)的波長范圍為 3mm-30ym，波段位于傳統(tǒng)的微波和紅外之間。太赫茲技術(shù)在無損檢測(cè)，安全成像，通訊和傳 感等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。這些應(yīng)用不僅需要高效的太赫茲發(fā)射源和探測(cè)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、偏振片、波片、高速開關(guān)等。在太赫茲波段內(nèi)缺少高 效實(shí)用的器件來操控太赫茲波已經(jīng)限制了太赫茲技術(shù)的發(fā)展。在所有這些太赫茲調(diào)控器件 中，波片的需求是最為迫切的。
[0003] 光學(xué)波片一般是利用一定厚度的雙折射晶體制造的。當(dāng)法向入射光透過時(shí)，尋常 光(〇光)和非常光(e光)經(jīng)雙折射晶體調(diào)制后的相位差等于η或者其奇數(shù)倍，這樣的波片稱 為二分之一波片，簡稱半波片；當(dāng)相位差等于V2或其奇數(shù)倍時(shí)，這樣的波片稱為四分之一 波片。二分之一波片用于旋轉(zhuǎn)偏振光的偏振方向，而四分之一波譜用于將線偏振光變?yōu)閳A 偏振光。通常，將入射光的偏振方向設(shè)定為與雙折射晶體的光軸呈45度角的方向，這時(shí)尋常 光和非常光分量相等，經(jīng)過四分之一波片后，尋常光的相位落后非常光90度，重合后產(chǎn)生圓 偏振光。傳統(tǒng)的利用晶體雙折射制作的太赫茲四分之一波片只能在窄帶或者單頻諧振處工 作，根本原因在于波片產(chǎn)生的相位延遲在很大程度上有頻率依賴性。
[0004] 除了上述利用四分之一波片產(chǎn)生圓偏振光的方法外，人工電磁媒質(zhì) (Metamaterial)也可以實(shí)現(xiàn)圓偏振光的產(chǎn)生。這種偏振片利用人工電磁媒質(zhì)表面的金屬微 結(jié)構(gòu)的表面等離子諧振對(duì)入射太赫茲偏振態(tài)的影響，經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，可以在相對(duì)大的頻率 寬度工作。但是，由于人工電磁媒質(zhì)的諧振頻率附近色散非常嚴(yán)重，從而限制了器件的響應(yīng) 帶寬。
[0005] 太赫茲可以通過將雙色飛秒激光脈沖匯聚到空氣中產(chǎn)生等離子的方式產(chǎn)生，通常 產(chǎn)生的光為線偏振態(tài)。通過改變?nèi)肷滹w秒激光的偏振態(tài)，譬如利用圓偏振，可以產(chǎn)生橢圓或 者圓偏振的太赫茲波。另外，理論預(yù)言在激光產(chǎn)生的等離子體上加載沿入射方向的強(qiáng)磁場(chǎng) (100T)，可以產(chǎn)生圓偏振光。這些方法均要求使用飛秒激光放大器，成本昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于窄帶半導(dǎo)體銻化銦的太赫茲圓偏振光產(chǎn)生方法， 以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于窄帶半導(dǎo)體銻化銦的太赫茲圓 偏振光產(chǎn)生方法，將一銻化銦樣片的太赫茲偏振器件置于低溫恒溫器中，待溫度穩(wěn)定后，將 入射線偏振太赫茲波經(jīng)一線偏振片提高偏振度，聚焦后照射至所述銻化銦樣片的表面，并 將一可調(diào)穩(wěn)定的磁場(chǎng)垂直加載于所述銻化銦樣片，根據(jù)入射太赫茲的頻率，并通過調(diào)整所 述磁場(chǎng)的大小和入射加載方向，完成太赫茲圓偏振光的獲取。
[0008] 在發(fā)明一實(shí)施例中，所述入射線偏振太赫茲波穿過所述線偏振片的中心以及所述 銻化銦樣片的中心。
[0009] 在發(fā)明一實(shí)施例中，所述銻化銦樣片為銻化銦窄帶半導(dǎo)體樣品，電子濃度n = 2.3 X1014cm-3,迀移率y = 7.7X104cm2/Vs at 2K，能隙Eg = 0.23eV。
[0010] 在發(fā)明一實(shí)施例中，調(diào)整所述磁場(chǎng)沿入射方向垂直于所述銻化銦樣片，所述銻化 銦樣片中的電子在磁場(chǎng)下形成磁低溫等離子體，調(diào)整所述磁場(chǎng)的大小，在特定的頻率范圍 內(nèi)全反射左旋圓偏振太赫茲光，得到右旋圓偏振太赫茲光;若所述磁場(chǎng)加載方向與入射太 赫茲方向相反，則全反射右旋圓偏振太赫茲光，得到左旋圓偏振太赫茲光。
[0011] 在發(fā)明一實(shí)施例中，隨著磁場(chǎng)增加，所述磁低溫等離子體吸收邊分裂為兩個(gè)磁等 咼子頻率項(xiàng)：
[0013] 且對(duì)應(yīng)兩個(gè)介電常數(shù)項(xiàng)：
[0015] 其中，+號(hào)為CRA模式，-號(hào)為CRI模式，ω為電磁波頻率，(0。為電子回旋共振頻率， ωΡ為等離子體頻率，^為真空介電常數(shù)，ι^±為兩種模式的復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部，且當(dāng)1^±為負(fù) 數(shù)時(shí)，表示沒有光能夠在所述銻化銦樣片中傳播，也即全反射。
[0016] 在發(fā)明一實(shí)施例中，在所述CRA模式下，所述左旋圓偏振太赫茲光被全反射，僅有 所述右旋圓偏振太赫茲光能夠穿透所述銻化銦樣片，該全反射發(fā)生在一個(gè)入射頻率區(qū)間 內(nèi)，并且該頻率區(qū)間隨磁場(chǎng)增加向高頻移動(dòng);在所述CRI模式下，所述右旋圓偏振太赫茲光 被全反射，僅有所述左旋圓偏振太赫茲光能夠穿透所述銻化銦樣片，該全反射發(fā)生在另一 個(gè)頻率區(qū)間內(nèi)，并且該頻率區(qū)間隨磁場(chǎng)增加向低頻移動(dòng)。
[0017]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明所提出的一種基于窄帶半導(dǎo) 體銻化銦的太赫茲圓偏振光產(chǎn)生方法，與傳統(tǒng)常規(guī)的太赫茲偏振器件相比，具備有以下優(yōu) 占 .
[0018] (1)調(diào)制頻率寬;大多數(shù)太赫茲偏振器件只能工作于單頻率或者較窄的頻率范圍。 而本發(fā)明所述的太赫茲偏振器件，由樣品的電子濃度決定，電子濃度越高，調(diào)整頻率越寬。 對(duì)于電子濃度為2.3 X 1014cnf3，磁場(chǎng)為0.5Τ時(shí)，調(diào)制范圍為0.45ΤΗζ。
[0019] (2)完美圓偏振出射;根據(jù)所述理論計(jì)算，當(dāng)磁場(chǎng)沿入射方向垂直加載在樣品上 時(shí)，左旋圓偏振光完全被全反射（1 〇〇 % )，出射的為完美的右旋太赫茲偏振光。而其他的太 赫茲偏振器件都不能產(chǎn)生完美的圓偏振光，通常有一定的橢圓偏振度。
[0020] (3)可調(diào)諧;對(duì)左旋圓偏振光的全反射區(qū)間隨磁場(chǎng)增加向高頻移動(dòng)，所以本發(fā)明的 太赫茲偏振器件是可調(diào)諧的，這是其他偏振器件所不具備的。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明中太赫茲探偏振器件使用示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明中太赫茲偏振器件在不同磁場(chǎng)下的左旋和右旋偏振光的透射率曲 線。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。
[0024] 本發(fā)明提供了一種基于窄帶半導(dǎo)體銻化銦的新型太赫茲偏振器件，可有效的將線 偏振太赫茲波轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振太赫茲波。這種偏振器件具有調(diào)制頻率寬，完美圓偏振出射，可 調(diào)諧的特點(diǎn)。
[0025] 圖1是本發(fā)明的太赫茲探偏振器件使用示意圖，包括銻化銦樣品、入射線偏振太赫 茲波、線偏振片和出射圓偏振太赫茲波。入射太赫茲波經(jīng)線偏振片提高偏振度，然后入射到 銻化銦樣品上;銻化銦樣品上加載沿入射方向垂直于樣品的穩(wěn)定磁場(chǎng)，樣品中的電子在磁 場(chǎng)下形成磁低溫等離子體，在特定的頻率范圍內(nèi)全反射左旋圓偏振光，最終得到這個(gè)頻率 區(qū)間內(nèi)完美的右旋圓偏振太赫茲光。若所述磁場(chǎng)加載方向與入射太赫茲方向相反，貝U全反 射右旋圓偏振光，出射左旋圓偏振光。通過改變磁場(chǎng)加載方向，達(dá)到選擇左/右旋偏振的目 的。在本實(shí)