[发明专利]一种磁场和电压调控的太赫兹脉冲发生器

说明书

本发明公开了一种磁场和电压调控的太赫兹脉冲发生器，其具体结构包括：铁磁纳米层/LaAlO₃纳米层/SrTiO₃衬底/底电极，LaAlO₃纳米层和SrTiO₃衬底的界面形成有二维电子气；通过飞秒激光脉冲泵浦铁磁纳米层，激发超快自旋流从铁磁纳米层注入二维电子气中，二维电子气中的反Edelstein效应使超快自旋流转换为皮秒量级的瞬时电荷流，从而向两侧辐射出太赫兹脉冲；外加磁场施加于铁磁纳米层面内，改变外加磁场方向可调控太赫兹脉冲的偏振方向；在铁磁纳米层和底电极之间施加电压，可调控太赫兹脉冲的偏振、强度和频谱宽度；因此本发明可在单一器件上实现不同偏振、强度、频谱宽度等的太赫兹脉冲产生。

技术领域

本发明涉及太赫兹光电器件技术，具体为一种磁场和电压调控的太赫兹脉冲发生器。

背景技术

太赫兹（THz）波是指频率从0.1THz到10THz，介于毫米波与红外光之间的电磁波。太赫兹波具有许多独特性质，比如透射性、安全性、很强的光谱分辨本领等，这些性质赋予太赫兹波广泛的应用前景，包括太赫兹雷达和通信、光谱和成像、无损探伤、安全检测等方面。

太赫兹发生器是太赫兹系统的重要组成部分。现有常规的太赫兹脉冲产生，主要基于光整流、光电导天线、空气等离子体等。但这些太赫兹脉冲发生器，不能同时对产生的太赫兹脉冲的偏振、强度、频谱宽度等同时进行调控，从而满足相关的应用需求。

随着发展，出现利用新型太赫兹系列的发生器方案，比如公开号为CN105914564A，公开日2016年8月31日的中国发明专利申请，公开了一种高强度宽带太赫兹波发生器，基本结构包括：双面抛光基底、[铁磁薄膜/非磁性金属薄膜/能透射THz波的绝缘层]n或[非磁性金属薄膜/铁磁薄膜/能透射THz波的绝缘层]n（n≥1，n为重复核心层个数）。该种发生器在使用时，利用铁磁/非磁性金属薄膜层中的反自旋霍尔效应产生THz脉冲，通过改变磁场方向，可改变太赫兹光波的偏振方向。但是该种发生器，不能同时对太赫兹的偏振、强度、频谱宽度等进行调控，因此还不能完全达到需求。

发明内容

本发明提供了一种全新机理的磁场和电压调控的太赫兹脉冲发生器，能够在单一器件上实现不同偏振、强度、频谱宽度等的太赫兹脉冲产生。

为实现以上目的，本发明的技术方案是：

一种磁场和电压调控的太赫兹脉冲发生器，其特征在于：包括用于产生太赫兹脉冲的多层结构，该多层结构依次为铁磁纳米层/LaAlO₃纳米层/SrTiO₃衬底/底电极，LaAlO₃纳米层和SrTiO₃衬底的界面之间形成有二维电子气；所述铁磁纳米层的外侧加飞秒激光脉冲；所述多层结构的铁磁纳米层施加面内磁场，用于调控太赫兹脉冲的偏振；所述多层结构的铁磁纳米层和底电极的之间加设电压，通过外加电压调控太赫兹脉冲的偏振、强度和频谱宽度等。

所述铁磁纳米层的材料可选用以下材料之一：Fe、Co、Ni单一成分或其合金，或者加入其它成分的合金，如CoFeB、Fe₃Si；铁磁纳米层的厚度范围为1nm-10nm；LaAlO₃纳米层的厚度范围为0.5nm-5nm。

所述二维电子气形成于LaAlO₃纳米层和SrTiO₃衬底的界面之间，飞秒激光脉冲泵浦铁磁纳米层，激发超快自旋流从铁磁纳米层注入二维电子气，二维电子气的反Edelstein效应使超快自旋流转换为皮秒量级的瞬时电荷流，从而使得所述发生器向两侧辐射出太赫兹脉冲。

所述外加磁场可通过磁场发生器提供，外加磁场可在铁磁纳米层面内旋转；磁场使铁磁纳米层在面内饱和磁化；产生的太赫兹脉冲的偏振方向与瞬时电荷流方向平行，而瞬时电荷流的方向与外加磁场垂直，改变外加磁场方向可调控太赫兹脉冲的偏振方向。