[发明专利]一种菲涅尔棱镜和一种转换太赫兹波的偏振态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹波的偏振态转换技术领域，特别是涉及一种菲涅尔棱镜和利用该菲涅尔棱镜来转换太赫兹波的偏振态的方法。

背景技术

太赫兹波具有瞬态性、低能性和相干性等独特性质，在卫星通讯、无损检测、军用雷达等多个领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。而偏振态为圆偏振的太赫兹波的应用更为广泛，尤其是其为具有螺旋结构的生物大分子等物质内部结构的研究提供了特殊光源，还可将其用于对各向异性材料(如双折射晶体、具有纤维取向的生物组织等)进行偏振相关的太赫兹波超宽频带光谱研究及结构识别。可见，利用圆偏振太赫兹波有望在物理与生命科学交叉领域获得新的重大科研突破。但是，现有技术只能产生偏振态为线偏振的单周期脉冲太赫兹波，必须对其偏振态进行转换，才能获得圆偏振的单周期脉冲太赫兹波。

现有技术是利用波片等光学元件来实现太赫兹波偏振态的转换的，根据入射线偏振太赫兹波的频率来设计波片的厚度，可使入射线偏振太赫兹波在从波片射出后变为圆偏振的太赫兹波。可见，现有技术只适用于单一频率的太赫兹波偏振态的转换，而对于包含多种频率成分的多色线偏振太赫兹波(如线偏振的单周期脉冲太赫兹波)，该方法是无法同时将所有频率的太赫兹波的偏振态都转换为圆偏振态的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种菲涅尔棱镜和一种转换太赫兹波的偏振态的方法，能同时将多色线偏振太赫兹波的偏振态转换为圆偏振。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种菲涅尔棱镜，该菲涅尔棱镜为条形柱状，由不对太赫兹波产生色散作用的材料制成；

该菲涅尔棱镜包括四条棱和两个相对且平行的侧面；其中，

两个所述侧面为边长相同的正方形；

每条所述的棱垂直于每个所述侧面的一条边，且每条所述的棱与每个所述侧面的夹角α满足其中的n为该菲涅尔棱镜的制作材料对太赫兹波的折射率；

每条所述棱的长度均满足使垂直于一个所述侧面入射的线偏振的太赫兹波在该菲涅尔棱镜中发生偶数次全反射后从另一个所述侧面出射。

本发明的有益效果是：本发明中，菲涅尔棱镜的每条棱与每个侧面的夹角α满足可使垂直于一个侧面入射的线偏振太赫兹波在该菲涅尔棱镜内发生全反射。每条棱的长度均满足使垂直于一个侧面入射的线偏振的太赫兹波在该菲涅尔棱镜中发生偶数次全反射后从另一个侧面出射，这样，太赫兹波所包含的两个相互垂直的电场分量在该菲涅尔棱镜内的附加位相总和为(π/2)的奇数倍，因而出射太赫兹波的偏振态即转换为圆偏振。而且，由于该附加位相总和是与频率无关的量，因此入射的所有频率的线偏振太赫兹波均同时转换成了圆偏振态，从而实现了发明目的。另外，该菲涅尔棱镜由不对太赫兹波产生色散作用的材料制成，其两侧面相对且平行，每条棱垂直于每个侧面的一条边，这保证了垂直于一个侧面入射的线偏振太赫兹波在菲涅尔棱镜内发生全反射的位置是在两个平行相对的界面上，而不会在两个相邻的界面上，因而太赫兹波的出射方向也就可以确定为垂直于另一个侧面，这有效防止了太赫兹波在出射时发生变向，使所有频率的太赫兹波所包含的两个相互垂直的电场分量在菲涅尔棱镜中发生全反射的附加位相总和完全一致。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，由高密聚乙烯或高阻硅制成。

进一步，垂直于一个所述侧面入射的线偏振的所述太赫兹波为平行波束，其波束截面为圆形；

则所述侧面的边长不小于该太赫兹波的波束直径。

进一步，垂直于一个所述侧面入射的线偏振的所述太赫兹波为单周期脉冲太赫兹波。

进一步，每条所述棱的长度均满足使垂直于一个所述侧面入射的线偏振的太赫兹波在该菲涅尔棱镜中发生2次全反射后从另一个所述侧面出射。

进一步，每个所述侧面的边长a与每条所述棱的最小长度L满足

另外，本发明还提供了一种转换太赫兹波的偏振态的方法，该方法的实现基于上述的菲涅尔棱镜；该方法包括：

步骤1：将所述菲涅尔棱镜的任一个所述侧面作为入射界面，将其另一个所述侧面作为出射界面；将线偏振的太赫兹波垂直于所述入射界面射入所述菲涅尔棱镜；

步骤2：所述太赫兹波在所述菲涅尔棱镜内发生偶数次全反射，每次所述全反射的反射界面为介质与空气的界面；

步骤3：从所述出射界面射出的太赫兹波即为圆偏振的太赫兹波。

附图说明

图1为本发明提出的菲涅尔棱镜的结构图；

图2为本发明提出的菲涅尔棱镜的侧视图；

图3为本发明提出的菲涅尔棱镜的俯视图；