一种太赫兹波光学调制器件的制作方法

本发明涉及一种通信技术领域，尤其涉及一种太赫兹波光学调制器件。

背景技术：

太赫兹波又称远红外波，是指频率在0.1—10太赫兹波段内的电磁波，曾被评为“改变未来世界的十大技术”之一，它是电磁波段中最后一段未被人类充分认识和应用波段。由于频率高、脉冲短、穿透性强，且能量很小，对物质与人体的破坏较小，所以与x射线相比，太赫兹成像技术和波谱技术更具优势，在空间探测、医学成像、安全检查、宽带通信等方面具有广阔的前景。

我国目前已有多个主攻太赫兹技术研究的实验室，依托于高校和科研院所资源，聚集该领域的专家人士，科研水平与国外差距较小，并保持着快速发展趋势。在产业化进程中，一些院所和企业通过产品研发、生产，推动着太赫兹产品进入市场应用；但大规模产业应用尚未形成，又因市场上无太赫兹技术标准规范，导致目前市场上的产品水平参差不齐，国内已经出现数十家太赫兹领域的公司，太赫兹技术也开始应用于工业、医疗、通信、军事等各行各业中，通过其强反射性、无损性的显著特征开始不断地影响大众日常生活，太赫兹商业化应用的进程正在全球范围内飞速发展。

通过近几年的发展，太赫兹脉冲的激发光源得以更加稳定和可靠，为进一步研究太赫兹波谱技术创造了条件。另外，除了脉冲太赫兹成像技术的发展，连续波太赫兹成像技术包括主动成像与被动成像技术均得到了广泛的研究，其中利用太赫兹波成像进行安全检测和关键部门的安全检查已经得到了一定范围的实际应用。与此同时，各种机制的太赫兹辐射源、探测器以及一些关键功能器件的研究也在飞速发展，为太赫兹技术在化学、生物、材料、石油、化工、通信等领域的应用奠定了基础，尤其在军事和安全领域，由于太赫兹波所具有的独特的性质以及这一波段的技术空白，使得太赫兹技术有着广阔的应用前景。

太赫兹技术在各方面的应用发展均依赖于太赫兹源、检测器的发展，以及准光学系统的加工精度。各公司的研究成果及国内外相关论文均显示了太赫兹源及检测器近年来的巨大进展，太赫兹准光系统的加工能力依赖于精密加工业的发展，近年来进展一般，能满足低频太赫兹成像的需求，但是很多调制器件成本较高，调制频率范围较小，且不容易实现。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提供一种太赫兹波光学调制器件。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种太赫兹波光学调制器件，包括：用于对太赫兹波进行调制，该光学调制器件包括由金属层以及附着于所述金属层一侧表面的本征半导体层所构成的复合层，所述本征半导体在照射其表面的光强调制下的最大等离子体频率小于调制范围内的太赫兹波的频率；所述复合层上设置有亚波长孔阵列结构，相隔一定距离平行设置太赫兹线栅起偏器及太赫兹反射镜，所述太赫兹线栅起偏器为金属线栅，所述太赫兹反射镜包括电光晶体镀反射膜形成的反射镜和普通平面反射镜中的其中一种。

本发明一个较佳实施例中，所述太赫兹线栅起偏器与太赫兹反射镜之间设有超声波换能器和变幅杆构成的距离调控单元。

本发明一个较佳实施例中，所述太赫兹反射镜的电光晶体采用在太赫兹波段高透的石英晶体。

本发明一个较佳实施例中，所述石英晶体的y轴与入射光方向相一致。

本发明一个较佳实施例中，所述金属层另一侧表面设置介质层，所述介质层上设置有与复合层上的亚波长孔阵列结构相同的亚波长孔阵列结构。

本发明一个较佳实施例中，两个所述亚波长孔阵列结构相互重叠。

本发明一个较佳实施例中，太赫兹波由所述光学调制器件的本征半导体层一侧向另一侧发射。

本发明一个较佳实施例中，激光源强度可调，且所述激光源发出的激光均匀照射所述光学调制器件的本征半导体层表面。

本发明所述的第二种技术方案为：

通过太赫兹线栅起偏构件将入射的太赫兹波分成两束偏振方向互相垂直的分量，继而对应于采用电光晶体镀反射膜形成的反射镜作为太赫兹反射镜，改变施加在电光晶体的电场强度，以连续调控太赫兹线栅起偏器与太赫兹反射镜之间的传输介质对太赫兹波的折射率，通过改变照射在所述光学调制器件的本征半导体层表面的光强，使得穿过所述光学调制器件后的太赫兹波的强度随之变化，从而实现太赫兹波的调制。

本发明一个较佳实施例中，所述太赫兹反射镜与太赫兹线栅起偏器间距离的连续调控，通过超声波转换器和变幅杆构成的距离调控模块使普通平面反射镜以四分之一波长的振幅进行高频振动实现。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

（1）本发明理论上的调制时间可达ps量级，调制方法是通过透射实现的，所以在光路搭建上更加简单，更易于实现，可以实现快速调制，用于太赫兹波通信等对调制速度要求较高的领域。对于偏振方向平行于线栅栅条的太赫兹波，共振超颖表面在低于电偶极共振频率范围内具有高透射率，而具有高电导率的线栅却禁止具有该偏振的太赫兹波透过，由于线栅本身所具有的宽带特性，能实现宽带且高效的太赫兹调制。

（2）本发明可以在正常温度下实现太赫兹波的强度调制，调制频率范围宽，调制幅度范围大，与传统太赫兹波调制器相比，能有效地调制太赫兹波的强度。在金属或者半导体基片上采用现有各种成熟工艺可很容易地制作出孔阵列结构，而且本发明对本征半导体和金属材料的选取要求较低，所以整个装置的成本较低。

（3）本发明调制带宽大，超过200ghz；调制深度超过70％，响应时间短，结构和调制方法简单，便于小型化和集成化，满足太赫兹通信系统的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

描述中阐述了很多具体细节以便充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

一种太赫兹波光学调制器件，包括：用于对太赫兹波调制，该光学调制器件包括由金属层以及附着于金属层一侧表面的本征半导体层所构成的复合层，本征半导体在照射其表面的光强调制下的最大等离子体频率小于调制范围内的太赫兹波的频率；复合层上设置有亚波长孔阵列结构，相隔一定距离平行设置太赫兹线栅起偏器及太赫兹反射镜，线栅起偏器为金属线栅，反射镜包括电光晶体镀反射膜形成的反射镜和普通平面反射镜中的其中一种。

太赫兹线栅起偏器与太赫兹反射镜之间设有超声波换能器和变幅杆构成的距离调控单元，太赫兹反射镜的电光晶体采用在太赫兹波段高透的石英晶体，石英晶体的y轴与入射光方向相一致，金属层另一侧表面设置介质层，介质层上设置有与复合层上的亚波长孔阵列结构相同的亚波长孔阵列结构，两个亚波长孔阵列结构相互重叠，太赫兹波由光学调制器件的本征半导体层一侧向另一侧发射，激光源强度可调，且激光源发出的激光均匀照射光学调制器件的本征半导体层表面。

本发明可以在正常温度下实现太赫兹波的强度调制，调制频率范围宽，调制幅度范围大，与传统太赫兹波调制器相比，能有效地调制太赫兹波的强度。在金属或者半导体基片上采用现有各种成熟工艺可很容易地制作出孔阵列结构，而且本发明对本征半导体和金属材料的选取要求较低，所以整个装置的成本较低。

本发明理论上的调制时间可达皮秒量级，调制方法是通过透射实现的，所以在光路搭建上更加简单，更易于实现，可以实现快速调制，用于太赫兹波通信等对调制速度要求较高的领域。对于偏振方向平行于线栅栅条的太赫兹波，共振超颖表面在低于电偶极共振频率范围内具有高透射率，而具有高电导率的线栅却禁止具有该偏振的太赫兹波透过，由于线栅本身所具有的宽带特性，能实现宽带且高效的太赫兹调制。调制带宽大，超过200ghz；调制深度超过70％，响应时间短，结构和调制方法简单，便于小型化和集成化，满足太赫兹通信系统的要求。

太赫兹波光学调制器件的调制方法为：通过太赫兹线栅起偏构件将入射的太赫兹波分成两束偏振方向互相垂直的分量，继而对应于采用电光晶体镀反射膜形成的反射镜作为太赫兹反射镜，改变施加在电光晶体的电场强度，以连续调控太赫兹线栅起偏器与太赫兹反射镜之间的传输介质对太赫兹波的折射率，通过改变照射在光学调制器件的本征半导体层表面的光强，使得穿过光学调制器件后的太赫兹波的强度随之变化，从而实现太赫兹波的调制。太赫兹反射镜与太赫兹线栅起偏器间距离的连续调控，通过超声波转换器和变幅杆构成的距离调控模块使普通平面反射镜以四分之一波长的振幅进行高频振动实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。