[发明专利]一种基于二维材料声子模的太赫兹发生器

说明书

本发明公开了一种基于二维材料声子模的太赫兹发生器，包括低能量宽带太赫兹脉冲产生装置、太赫兹单色辐射发生器和用于控制太赫兹单色辐射发生器所处温度的温度控制装置；所述太赫兹单色辐射发生器包括二维材料层和高透射基底，二维材料层装载于高透射基底上，低能量宽带太赫兹脉冲产生装置发出的宽带太赫兹脉冲依次经过二维材料层、高透射基底输出单色太赫兹辐射；通过该太赫兹发生器的二维材料层在出射端实现高效的单色太赫兹辐射。

技术领域

本发明涉及电磁波技术领域，尤其涉及一种基于二维材料声子模的太赫兹发生器。

背景技术

产生太赫兹的方法很多，但是目前较为成熟的发射技术一般主要为基于半导体光电导效应和基于非线性电光晶体光整流效应的两种手段。光电导技术利用偶极天线技术，将半导体光电导材料(如GaAs、InP或Si等)制备成天线结构，用光子能量大于半导体禁带宽度的超短脉冲激光激发天线结构，其半导体材料中产生大量的电子-空穴对，这些被激发的载流子在天线外加偏置电场的作用下瞬时加速，产生强度迅速增加的瞬态电流，并且将储存的静电势能以电磁脉冲的形式释放出来，并通过天线结构向自由空间传播。另一种方法为光整流方法，该方法可以理解为泡克尔斯效应的逆过程。一般是指一束高强度单色激光通过非线性光学介质时，由于其二阶非线性效应产生一个直流极化场，并在介质中建立一个直流电场的现象。光整流过程可以看作是作为泵浦光的超短激光脉冲展宽的带宽中相差不大的两个频率成分之间频率差接近于零的差频过程。当利用飞秒激光泵浦电光晶体产生太赫兹脉冲时，由于飞秒量级时间尺度的脉冲频谱范围非常宽，即脉冲中包含了大量频率分量，所以其中任何两个频率之间均可以进行差频，最后获得的结果就是所有频率分量之间相互差频得到的电磁波的加权之和。一般来说，其差频刚好对应于太赫兹频段，从而形成对应的太赫兹辐射。此外，近年来，人们发展出了一种基于逆自旋霍尔效应的无磁/铁磁材料的异质结结构，利用外部激光激发产生的载流子在该结构中输运过程中产生的自旋流的瞬态过程，实现相应的太赫兹波辐射。

综上所述，以上常用的太赫兹产生方法虽然在发射功率，稳定性等方面有了一定的提升，但仍然存在一定的局限性。光电导和逆自旋霍尔效应发射机制中强激发作用导致的强烈散射作用、光整流激发脉冲中存在的多种差频成分，这些都导致了其很难实现相应的窄带或者单色太赫兹辐射。此外，光电导天线需要在半导体材料的基础上制备额外的电极结构，在一定程度上增加了工艺复杂度和成本；而光整流效应为非线性效应，产生一定的太赫兹辐射需要更强的激光进行激发，且需要较大的作用面积，这限制了该太赫兹源的集成化应用。这些现存的问题都限制了其在相应关键领域(如通讯，量子计算等)的应用和发展。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于二维材料声子模的太赫兹发生器，透过二维材料层在出射端实现高效的单色太赫兹辐射。

本发明提出的一种基于二维材料声子模的太赫兹发生器，包括低能量宽带太赫兹脉冲产生装置、太赫兹单色辐射发生器和用于控制太赫兹单色辐射发生器所处温度的温度控制装置；所述太赫兹单色辐射发生器包括二维材料层和高透射基底，二维材料层装载于高透射基底上，低能量宽带太赫兹脉冲产生装置发出的宽带太赫兹脉冲依次经过二维材料层、高透射基底输出单色太赫兹辐射。

进一步地，所述太赫兹发生器还包括用于调控太赫兹单色辐射发生器发射频率的应力发生装置、用于调控太赫兹单色辐射发生器发射带宽的电场发生装置和用于调控太赫兹单色辐射发生器发射强度的磁场发生装置；

应力发生装置的应力场方向作用于二维材料层的低频声子方向，电场发生装置的电场方向作用于二维材料层的电声耦合方向，磁场发生装置的磁场方向作用于二维材料层的自旋声子耦合方向。

进一步地，所述二维材料层和高透射基底连接形成单色辐射组件，多个单色辐射组件依次排布连接形成多级器件结构。

进一步地，二维材料为晶体薄层或者多级薄层堆叠器件结构，单个或多个二维材料层装载于同一高透射基底上。

进一步地，高透射基底为太赫兹高透射柔性或刚性材料。