一種基于dast晶體太赫茲波的內(nèi)調(diào)制開關(guān)器件及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能夠同時實(shí)現(xiàn)太赫茲差頻產(chǎn)生和進(jìn)行內(nèi)開關(guān)效應(yīng)的太赫茲器件，尤其涉及一種基于有機(jī)非線性電光DAST晶體的非線性和電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)太赫茲波內(nèi)調(diào)制的開關(guān)器件及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波通常是指波段位于微波和紅外光之間的電磁波，其頻率位于0.1-1OTHz(波長在30um-3000um)，是電磁波譜中的最后一個空白頻隙。因?yàn)樘掌澆ò胸S富的物理和化學(xué)信息，有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用。近年來，太赫茲波通信技術(shù)得到了較大的發(fā)展。太赫茲波通信系統(tǒng)離不開各種太赫茲波功能器件的性能保障。目前，盡管國內(nèi)外在太赫茲波功能器件方面的探索已經(jīng)逐漸進(jìn)行，但是太赫茲波功能器件相對于太赫茲波的產(chǎn)生和檢測裝置以及太赫茲傳輸波導(dǎo)來說依然需要進(jìn)行深入的研究。太赫茲波開關(guān)是一種非常重要的太赫茲波功能器件，用于控制太赫茲波系統(tǒng)中的太赫茲波的通斷?，F(xiàn)有的太赫茲波開關(guān)往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大并且價格昂貴。小型化、低成本的太赫茲波開關(guān)器件是太赫茲波技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003]有機(jī)非線性電光晶體4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶對甲基苯磺酸鹽(4-N，N-dime thy lamino-4’ -N’ -me thy 1-sti lbazo liumtosy late)(簡稱DAST)在近紅外波段具有較大的非線性系數(shù)、低介電常數(shù)和高電光系數(shù)，因此具有非常廣泛的電光應(yīng)用，尤其是可以使用在太赫茲差頻產(chǎn)生和電光開關(guān)。當(dāng)兩束入射光波的頻率差在太赫茲(30um-3000um)波段時，將兩束光波同時入射到有機(jī)電光DAST晶體中，當(dāng)入射光波達(dá)到一定的功率時，基于有機(jī)電光DAST晶體的非線性效應(yīng)可以差頻產(chǎn)生太赫茲波。電光開關(guān)是在電壓的作用下控制光傳輸過程中的開和關(guān)狀態(tài)，而電壓之所以能夠起到這種作用，主要是因?yàn)殡姽忾_關(guān)所選用的材料是具有電光效應(yīng)的材料。晶體本身具有折射率，所謂的電光效應(yīng)就是，當(dāng)外加電壓作用于晶體上時，晶體的折射率會隨外加電場強(qiáng)度的變化而發(fā)生變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)差頻太赫茲產(chǎn)生及內(nèi)調(diào)制太赫茲開關(guān)的器件及方法，有機(jī)電光DAST晶體在被用作差頻產(chǎn)生太赫茲波的同時，還可以利用其電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)控制太赫茲波的輸出，能夠?qū)崿F(xiàn)太赫茲波傳輸?shù)拈_/關(guān)功能。本發(fā)明利用非線性光學(xué)共線差頻原理和O類相位匹配，在非線性DAST晶體中產(chǎn)生寬調(diào)諧范圍、高輸出峰值功率的準(zhǔn)連續(xù)太赫茲波，在有機(jī)非線性電光DAST晶體用作差頻產(chǎn)生太赫茲波的同時，對太赫茲波的通斷進(jìn)行電調(diào)制，從而得到一種可以進(jìn)行內(nèi)調(diào)制的太赫茲波開關(guān)器件。本發(fā)明太赫茲內(nèi)調(diào)制開關(guān)器件結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，制作方便，便于集成，調(diào)制速度快，調(diào)制效率高，并可以滿足太赫茲波技術(shù)在通信、雷達(dá)等方面的應(yīng)用需求。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種基于DAST晶體太赫茲波的內(nèi)調(diào)制開關(guān)器件，包括太赫茲開關(guān)調(diào)制器，所述太赫茲開關(guān)調(diào)制器由有機(jī)非線性電光DAST晶體和相對稱的設(shè)置在有機(jī)非線性電光DAST晶體兩側(cè)端面的金屬電極構(gòu)成，其中一側(cè)端面的金屬電極連接有由可調(diào)諧電阻器和可調(diào)諧電容器并聯(lián)構(gòu)成的輸入匹配電路，另一側(cè)端面的金屬電極接電源地。
[0007]所述有機(jī)非線性電光DAST晶體的結(jié)構(gòu)尺寸為長、寬、高分別為10mm、l-2mm和10mm。
[0008]所述金屬電極的厚度為500nm-1000nm。
[0009]所述金屬電極由金、銀、鉑或鋁金屬構(gòu)成。
[0010]所述可調(diào)諧電阻器的調(diào)節(jié)范圍為O-1MΩ。
[0011]所述可調(diào)諧電容器的調(diào)節(jié)范圍為0-1F。
[0012]—種基于DAST晶體太赫茲波的內(nèi)調(diào)制開關(guān)器件的控制方法，包括以下步驟:
[0013](I)選擇兩束波長SA1J2且頻率差在太赫茲波段的兩束入射激光，將上述兩束入射激光同時入射至有機(jī)非線性電光DAST晶體，基于有機(jī)非線性電光DAST晶體的非線性效應(yīng)差頻產(chǎn)生太赫茲波λΤΗζ;
[0014](2)固定A1的值，調(diào)節(jié)λ2的值，得到帶寬可調(diào)諧的太赫茲波λΤΗζ，此過程中，波長為A1、λ#ΡλΤΗζ的三個波長所對應(yīng)的波矢Iu，k2，kTHz滿足完全共線相位匹配條件；
[0015](3)通過輸入匹配電路給有機(jī)非線性電光DAST晶體施加直流電壓信號和調(diào)制電壓信號，利用DAST晶體的電光效應(yīng)，改變DAST晶體的折射率，使波矢Iu，k2，kTHz不再滿足完全共線相位匹配條件，影響太赫茲波輸出，使太赫茲的通斷狀態(tài)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)太赫茲開關(guān)功會K。
[0016]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:
[0017]1.本發(fā)明將太赫茲差頻產(chǎn)生和太赫茲開關(guān)調(diào)制集成在有機(jī)非線性電光DAST晶體，通過輸入匹配電路產(chǎn)生外部調(diào)制信號對該調(diào)制器件進(jìn)行調(diào)控，可對太赫茲波的開關(guān)特性進(jìn)行靈活的控制，開關(guān)的狀態(tài)是瞬時的，關(guān)閉外部調(diào)制信號后，該器件將恢復(fù)到原來的狀態(tài)。
[0018]2.在有機(jī)非線性電光DAST晶體中產(chǎn)生寬調(diào)諧范圍、高輸出峰值功率的準(zhǔn)連續(xù)太赫茲波的同時，有機(jī)非線性電光DAST晶體本身能夠作為太赫茲開關(guān)，具有響應(yīng)速度快、干擾小、加工簡單、減少損耗。
[0019]3.該器件可用于太赫茲產(chǎn)生的系統(tǒng)中，并能夠在室溫下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)寬調(diào)諧的太赫茲開關(guān)器件，可廣泛應(yīng)用于通信技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)成像、高分辨光譜分析、材料檢測及醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0020]圖1為有機(jī)非線性電光DAST晶體的晶軸和介質(zhì)軸示意圖。
[0021 ]圖2為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]附圖標(biāo)記:1_有機(jī)非線性電光DAST晶體2-金屬電極3-可調(diào)諧電阻器4-可調(diào)諧電容器
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0024]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。
[0025]—種基于DAST晶體太赫茲波的內(nèi)調(diào)制開關(guān)器件，包括太赫茲開關(guān)調(diào)制器，所述太赫茲開關(guān)調(diào)制器由有機(jī)非線性電光DAST晶體I和相對稱的設(shè)置在有機(jī)非線性電光DAST晶體I兩側(cè)端面的金屬電極2構(gòu)成，其中一側(cè)端面的金屬電極2連接有由可調(diào)諧電阻器3和可調(diào)諧電容器4并聯(lián)構(gòu)成的輸入匹配電路，另一側(cè)端面的金屬電極2接地;輸入匹配電路可以將直流電壓和調(diào)制電壓信號疊加在金屬電極2上，給有機(jī)非線性電光DAST晶體I提供調(diào)制電壓信號，以此來實(shí)現(xiàn)太赫茲開關(guān)功能。
[0026]使用有機(jī)非線性電光DAST晶體材料，沿晶體的3個晶向a，b，c切片，得到長、寬、高分別為I Omm、1-2mm和I Omm的DAST晶片?？梢岳糜袡C(jī)非線性電光DAST晶體的二階非線性光學(xué)效應(yīng)，在DAST晶體中通過光學(xué)差頻技術(shù)產(chǎn)生太赫茲波。同時，由于有機(jī)非線性電光DAST晶體的電光效應(yīng)，通過調(diào)整電壓Vd，改變完全共線相位匹配條件，可以控制太赫茲波的產(chǎn)生與否，從而達(dá)到太赫茲開關(guān)的目的。
[0027]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例示了電光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(jì)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結(jié)構(gòu)分析根據(jù)分子取向來確定晶軸和介質(zhì)軸的方法進(jìn)行標(biāo)識。這些晶