[发明专利]一种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹波调制领域，具体的说，是涉及一种基于有机电光DAST 晶体对传输太赫兹波偏振态进行电光调制的装置和方法，利用DAST晶体晶轴 折射率在不同电场电压下会发生改变，从而影响太赫兹波在晶体内的延时相位差， 对传输太赫兹波的偏振状态进行调制。

背景技术

太赫兹波在无损检测、安全成像、通讯和传感等领域内都经历着飞速的发展 和各式各样的应用方式。近年来，太赫兹波的偏振态控制可以应用于很多领域中， 包括通信编码、高速光开关、传感、检测和成像等等与人们生活息息相关的领域 中。这些有价值的应用不仅需要高效的太赫兹发射源和高灵敏度的太赫兹探测器， 还需要高效的光学器件来调控太赫兹波，如调幅器、棱镜、波片、高速开关盒偏 振旋转器等。但由于技术的限制，人类对太赫兹波段的偏振研究还处于比较真空 的状态，对太赫兹波段的偏振态调控器件的研究是少之又少。因此，实现任意掌 控太赫兹波的偏振状态就成为了紧迫和开创性的任务。

目前，在太赫兹波段内的偏振态调控器件主要是金属线栅偏振片，这种结构 已经实现商用，但是还存在着许多的不足和缺陷，包括其价格昂贵、偏振调制方 式单一、金属结构的脆弱性等等。太赫兹偏振片和波片也是比较常用的太赫兹偏 振元件，偏振片可实现太赫兹波的线偏振起偏和检偏作用，波片起位相延迟和偏 振态转换的功能。采用双面刻槽或开口谐振环超材料的太赫兹波片也可以实现大 于99％的圆偏振，但也只能单频工作。各向同性手性超材料的偏振转换对入射偏 振方向不敏感，一般需要通过三维结构来实现，制作过程较复杂。双各向异性超 材料可以通过太赫兹波的斜入射实现其偏振转换，但适用条件和实际操作较复杂。 除了上述的偏振片器件以外，在太赫兹领域内再没有更实用和有效的偏振调制器 件了。

晶体电光调制器件主要使用的是电光晶体，如KTP晶体、铌酸锂铁电晶体 以及DAST晶体等，在外加电场作用下产生电光效应来达到调制的目的。有机 非线性光学晶体4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(DAST) 晶体，属于单斜晶系，空间群Cc，点群m，与无机非线性光学晶体(如KTP、 LiNbO3等)相比，DAST晶体的非线性光学系数和电光系数都比较大，低的介 电常数，以及在相干长度和响应时间方面都占有优势。因此，DAST晶体不仅能 够利用差频相位匹配以此来产生太赫兹波辐射，并且能够对太赫兹波进行调制。 由于DAST晶体的非线性极化效应，当晶体上有外加电场作用时，晶体输出太 赫兹波信号的相位会随着晶体折射率的变化而发生变化，这样就使得输出两个分 量之间的相位差随着外加电场的变化而变化，从而实现电光调制。他可以在不同 得电压下实现太赫兹波相应的线偏振到线偏振的偏振方向旋转功能和线偏振到 椭圆偏振的偏振状态转化功能。实际上可以根据应用的需求来设计相应的偏振转 化器件，从而大大提高了这种转化器件的使用价值。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于DAST晶体的 太赫兹偏振电光调制装置及方法，将有机电光DAST晶体设计成为电光调制器， 能将输入的线偏振太赫兹波转变成任意指定的偏振态输出。同时该调制方法所用 的器件具有工艺简单、价格低廉、小型化等高技术性能，使之更具有使用价值和 产业化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置，包括调制器和输入匹配 电路，所述调制器由有机电光DAST晶体和金属电极构成，所述输入匹配电路 由输入电源和可调谐电阻器构成，所述输入电源的正负电极分别与所述调制器上 的金属电极相连接。

所述有机电光DAST晶体的尺寸为10mm×10mm×(1～2mm)。

所述金属电极的厚度为500nm～1000nm。

所述金属电极由金、银、铂或铝金属构成。

一种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置的调制方法，包括以下步 骤：

调节可调谐电阻器使输入电源提供的调制电压加载到有机电光DAST晶体 的金属电极上；

使太赫兹波入射至有机电光DAST晶体，入射到有机电光DAST晶体的太 赫兹波分解为两个相互垂直的偏振分量；