[发明专利]一种能够产生超窄带宽的太赫兹热辐射源及其工作方法

说明书

本发明公开了一种能够产生超窄带宽的太赫兹热辐射源及其工作方法，包括由下而上依次连接的：金属层、缓冲层和对称偏角的双椭圆柱阵列；所述对称偏角的双椭圆柱阵列由若干个周期性阵列布局的双椭圆柱组成；超窄带宽为带宽在10MHz数量级；其中，通过施加电流，对太赫兹热辐射源结构的金属层进行加热，金属层产生向上的太赫兹辐射；金属层所产生的太赫兹辐射穿过中间的缓冲层，传输给最上层对称偏角的双椭圆柱阵列，激发出准连续域束缚态模式；对称偏角的双椭圆柱阵列产生具有超窄带宽、高定向、线偏振特性以及连续波形式工作的太赫兹辐射。

技术领域

本发明涉及太赫兹传感技术领域，特别是涉及一种能够产生超窄带宽的太赫兹热辐射源及其工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

近年来，太赫兹技术不断发展，太赫兹技术作为新兴科学技术中极为重要的前沿技术，其应用涉及到各个领域，例如:无线通信、生物医学诊断、军用雷达等。尽管在这些领域进行了大量的研究工作，但是太赫兹技术在许多应用上还远远不能令人满意。

这其中存在的主要问题仍然是满足一定特性的太赫兹辐射源的缺乏，这些特性包括:足够的功率和能量转换效率、易于制造并且具有经济可行性、脉冲波辐射能够覆盖大带宽范围或者连续波辐射具有高光谱可调谐性等。

而对于以连续波形式工作的太赫兹辐射源，还要求足够窄的输出带宽，这在很多应用场景中非常重要。很多物质可能会在太赫兹波段具有精细光谱结构，例如处于低压低浓度时的气态样品等，从而表现出非常尖锐的吸收共振。

在太赫兹传感中，只有窄带宽的太赫兹辐射才能保证目标物质的光谱信息可以被充分解析。到目前为止，科学家们已经使用了许多不同的方法来实现窄带连续波太赫兹辐射源，但是现有这些太赫兹源各自都存在着许多缺点，在具体应用中各有限制。

例如，自由电子激光器和气体激光器功耗高、尺寸大，光学混频器和超快光电二极管输出功率随着频率的增加大大降低，量子级联激光器必须在低温环境工作并且很难输出频率在2.0THz以下等等。此外，由于上述很多太赫兹源的制造是基于III-V族半导体材料，所以还需要复杂且昂贵的分子束外延等工艺。

产生电磁波的一种传统方法是黑体辐射，这也可以用来产生太赫兹波。但是黑体辐射的带宽太大，因此研究人员已经探索采用各种方案，包括表面等离子体天线、光子晶体、量子阱以及各种形式的超材料结构等，来实现带宽相对较窄的热辐射源。由于这些方案大多基于金属谐振结构，在谐振频率下的发射峰通常非常宽，品质因子通常在个位数到几十的数量级，不能满足许多太赫兹技术应用的需求。例如研究人员曾经报道过，基于超材料结构的太赫兹热辐射源在4至8THz范围的中心频率处具有大约为1THz的带宽。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种能够产生超窄带宽的太赫兹热辐射源及其工作方法；

第一方面，本发明提供了一种能够产生超窄带宽的太赫兹热辐射源；

一种能够产生超窄带宽的太赫兹热辐射源，包括由下而上依次连接的：金属层、缓冲层和具有对称偏角的双椭圆柱阵列；所述具有对称偏角的双椭圆柱阵列由周期性阵列布局的双椭圆柱组成；超窄带宽为带宽在10MHz数量级；

其中，通过施加电流，对太赫兹热辐射源结构的金属层进行加热，金属层产生向上的太赫兹辐射；金属层所产生的太赫兹辐射穿过中间的缓冲层，传输给最上层的具有对称偏角的双椭圆柱阵列，激发出准连续域中束缚态模式(Bound state in the continuum)的太赫兹辐射，并向外耦合到自由空间。

整个太赫兹热辐射源产生具有超窄带宽、高定向、线偏振特性以及连续波形式工作的太赫兹辐射。

第二方面，本发明提供了一种能够产生超窄带宽的太赫兹热辐射源的工作方法；