[发明专利]高速太赫兹偏振调节器及其调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹波准光学器件，尤指一种能使用两种不同的方式高速精确连续调控太赫兹波偏振状态的太赫兹波准光学器件。本发明广泛适用于太赫兹技术研究、新材料研究、环境检测和生物医学分析，可以弥补该类器件调制频率低、精度不高以及调制振幅小以至于不能应用于太赫兹波段的不足。 

背景技术

太赫兹波是频率为0.3THz-30THz(波长约为10μm-1mm，光子能量约为1.2meV-120meV)的电磁波，它处于红外波与毫米波之间，是电磁波谱中一个很重要的波段。与传统光源相比，太赫兹波辐射源具有相干、低能、穿透力强等独特、优异的特性，所以它在物理、化学、天文学、生命科学和医药科学等基础研究领域，以及安全检查、医学成像、环境监测、食品检验、射电天文、卫星通信和武器制导等应用研究领域均具有巨大的科学研究价值和广阔的应用前景。近年来，随着真空电子技术、半导体微电子技术、超快激光技术以及非线性光学频率变换技术的飞速发展，太赫兹科学与应用技术已经成为国际研究的热点。目前，包括美国、西欧和日本等发达国家在内的世界各国都对太赫兹波技术的研究给予高度的重视，投入了大量的人力和物力，陆续开展了与各自领域相关的太赫兹波技术的研究。因此，能将太赫兹技术方便、灵活地运用于科研工作和实际生活中，已经成为21世纪科研工作者追求的目标和迫切需要解决的实际问题。 

虽然太赫兹波(又称太赫兹辐射、THz波)在过去的二十多年中已经有了 长足的发展，但是直到目前为止，仍然是一个技术尚不成熟的领域，尤其是在太赫兹系统集成上有严重的技术空白，其根本原因在于太赫兹(以下简称THz)应用的几个关键环节--光源、传输和检测技术的不成熟。虽然国际上在广泛开展固态THz波光源、探测器和放大器等THz电子学所需的关键部件的研究，但是对THz准光学器件、波导等THz传输、调制器件的研制方面还相对薄弱，而这些功能器件在THz光电子及其集成应用系统中极其重要。目前最常用的THz辐射传送方法是准光学传送，准光学器件与技术的发展对毫米波与太赫兹频谱的开拓具有重要的意义。同时，利用THz波谱技术不仅可以获得太赫兹波的电场强度，而且可以通过测量太赫兹电场的偏振信息，获得其相位信息，这样就可以直接获得物体的复介电常数，因此对太赫兹波偏振态的调制就尤其重要，而现如今关于THz偏振态调控方面的研究还处于初级阶段，发展该类太赫兹器件的要求相当急迫。 

现有的偏振调节器一般是一个结构复杂、体积较大并且价格昂贵的系统，如专利申请号为200610072875.5的“可定量调节光偏振态的装置及其方法”，可以通过光调节成任意所需的偏振态，并可测量光的偏振度和产生扰偏光，但是该系统测试时间长，操作过程复杂，测试精度低，调制频率低，系统体积大不易移动而且不能应用于太赫兹波段的偏振调节。 

发明内容

为克服上述现有技术偏振调节器的诸多不足，本发明的目的在于提供一种高速太赫兹偏振调节器及其调控方法，通过两种不同的方式高速并且高精度连续调控转换太赫兹波偏振状态。 

实现上述本发明第一个目的的技术方案为： 

一种高速太赫兹偏振调节器，其特征在于：包括相隔一定距离平行设置的太赫兹线栅起偏器及太赫兹反射镜，其中所述太赫兹线栅起偏器为高纯硅基底上形成的金属线栅，所述太赫兹反射镜至少包括普通平面反射镜和电光晶体镀反射膜形成的反射镜中任意一种。 

进一步地，前述的高速太赫兹偏振调节器，其中该用作太赫兹反射镜的电光晶体采用在太赫兹波段高透的石英晶体，且石英晶体的Z轴与入射光的主光轴方向相一致。该电光晶体远离太赫兹线栅起偏器的平面上蒸镀有反光性的金属膜，且所述电光晶体上外加有用于调控电光晶体折射率的电场。 

进一步地，前述的高速太赫兹偏振调节器，其中该太赫兹反光镜为普通平面反射镜，且所述太赫兹线栅起偏器与太赫兹反射镜之间设有超声波换能器和变幅杆构成的距离调控单元。 

实现上述本发明第二个目的的技术方案为： 

一种高速太赫兹偏振调节器的调控方法，基于前述的高速太赫兹偏振调节器，其特征在于：首先通过太赫兹线栅起偏器将入射的太赫兹波分成两束偏振方向互相垂直的分量，继而对应于采用电光晶体镀反射膜形成的反射镜作为太赫兹反射镜，改变施加在电光晶体的电场强度，以连续调控太赫兹线栅起偏器与太赫兹反射镜之间的传输介质对太赫兹波的折射率，使通过太赫兹线栅起偏器的反射分量发生相位延迟，再与另一个分量叠加，最终实现连续调控叠加后太赫兹波的偏振状态。 

实现上述本发明第二个目的的技术方案还可以是：