一种基于窄带半导体锑化铟的太赫兹圆偏振光产生方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学以及太赫兹科学与技术，特别是一种基于窄带半导体锑化铟的太 赫兹圆偏振光产生方法。
【背景技术】
[0002] 太赫兹波是频率0.1-10THZ(1THZ = 1012Hz)范围的电磁波，它对应的波长范围为 3mm-30ym，波段位于传统的微波和红外之间。太赫兹技术在无损检测，安全成像，通讯和传 感等领域有着广泛的应用。这些应用不仅需要高效的太赫兹发射源和探测器，还需要高效 的光学器件来调控太赫兹波，如调幅器、偏振片、波片、高速开关等。在太赫兹波段内缺少高 效实用的器件来操控太赫兹波已经限制了太赫兹技术的发展。在所有这些太赫兹调控器件 中，波片的需求是最为迫切的。
[0003] 光学波片一般是利用一定厚度的双折射晶体制造的。当法向入射光透过时，寻常 光(〇光)和非常光(e光)经双折射晶体调制后的相位差等于η或者其奇数倍，这样的波片称 为二分之一波片，简称半波片；当相位差等于V2或其奇数倍时，这样的波片称为四分之一 波片。二分之一波片用于旋转偏振光的偏振方向，而四分之一波谱用于将线偏振光变为圆 偏振光。通常，将入射光的偏振方向设定为与双折射晶体的光轴呈45度角的方向，这时寻常 光和非常光分量相等，经过四分之一波片后，寻常光的相位落后非常光90度，重合后产生圆 偏振光。传统的利用晶体双折射制作的太赫兹四分之一波片只能在窄带或者单频谐振处工 作，根本原因在于波片产生的相位延迟在很大程度上有频率依赖性。
[0004] 除了上述利用四分之一波片产生圆偏振光的方法外，人工电磁媒质 (Metamaterial)也可以实现圆偏振光的产生。这种偏振片利用人工电磁媒质表面的金属微 结构的表面等离子谐振对入射太赫兹偏振态的影响，经过特殊设计，可以在相对大的频率 宽度工作。但是，由于人工电磁媒质的谐振频率附近色散非常严重，从而限制了器件的响应 带宽。
[0005] 太赫兹可以通过将双色飞秒激光脉冲汇聚到空气中产生等离子的方式产生，通常 产生的光为线偏振态。通过改变入射飞秒激光的偏振态，譬如利用圆偏振，可以产生椭圆或 者圆偏振的太赫兹波。另外，理论预言在激光产生的等离子体上加载沿入射方向的强磁场 (100T)，可以产生圆偏振光。这些方法均要求使用飞秒激光放大器，成本昂贵。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种基于窄带半导体锑化铟的太赫兹圆偏振光产生方法， 以克服现有技术中存在的缺陷。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于窄带半导体锑化铟的太赫兹圆 偏振光产生方法，将一锑化铟样片的太赫兹偏振器件置于低温恒温器中，待温度稳定后，将 入射线偏振太赫兹波经一线偏振片提高偏振度，聚焦后照射至所述锑化铟样片的表面，并 将一可调稳定的磁场垂直加载于所述锑化铟样片，根据入射太赫兹的频率，并通过调整所 述磁场的大小和入射加载方向，完成太赫兹圆偏振光的获取。
[0008] 在发明一实施例中，所述入射线偏振太赫兹波穿过所述线偏振片的中心以及所述 锑化铟样片的中心。
[0009] 在发明一实施例中，所述锑化铟样片为锑化铟窄带半导体样品，电子浓度n = 2.3 X1014cm-3,迀移率y = 7.7X104cm2/Vs at 2K，能隙Eg = 0.23eV。
[0010] 在发明一实施例中，调整所述磁场沿入射方向垂直于所述锑化铟样片，所述锑化 铟样片中的电子在磁场下形成磁低温等离子体，调整所述磁场的大小，在特定的频率范围 内全反射左旋圆偏振太赫兹光，得到右旋圆偏振太赫兹光;若所述磁场加载方向与入射太 赫兹方向相反，则全反射右旋圆偏振太赫兹光，得到左旋圆偏振太赫兹光。
[0011] 在发明一实施例中，随着磁场增加，所述磁低温等离子体吸收边分裂为两个磁等 呙子频率项：
[0013] 且对应两个介电常数项：
[0015] 其中，+号为CRA模式，-号为CRI模式，ω为电磁波频率，(0。为电子回旋共振频率， ωΡ为等离子体频率，^为真空介电常数，ι^±为两种模式的复介电常数的实部，且当1^±为负 数时，表示没有光能够在所述锑化铟样片中传播，也即全反射。
[0016] 在发明一实施例中，在所述CRA模式下，所述左旋圆偏振太赫兹光被全反射，仅有 所述右旋圆偏振太赫兹光能够穿透所述锑化铟样片，该全反射发生在一个入射频率区间 内，并且该频率区间随磁场增加向高频移动;在所述CRI模式下，所述右旋圆偏振太赫兹光 被全反射，仅有所述左旋圆偏振太赫兹光能够穿透所述锑化铟样片，该全反射发生在另一 个频率区间内，并且该频率区间随磁场增加向低频移动。
[0017]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:本发明所提出的一种基于窄带半导 体锑化铟的太赫兹圆偏振光产生方法，与传统常规的太赫兹偏振器件相比，具备有以下优 占 .
[0018] (1)调制频率宽;大多数太赫兹偏振器件只能工作于单频率或者较窄的频率范围。 而本发明所述的太赫兹偏振器件，由样品的电子浓度决定，电子浓度越高，调整频率越宽。 对于电子浓度为2.3 X 1014cnf3，磁场为0.5Τ时，调制范围为0.45ΤΗζ。
[0019] (2)完美圆偏振出射;根据所述理论计算，当磁场沿入射方向垂直加载在样品上 时，左旋圆偏振光完全被全反射（1 〇〇 % )，出射的为完美的右旋太赫兹偏振光。而其他的太 赫兹偏振器件都不能产生完美的圆偏振光，通常有一定的椭圆偏振度。
[0020] (3)可调谐;对左旋圆偏振光的全反射区间随磁场增加向高频移动，所以本发明的 太赫兹偏振器件是可调谐的，这是其他偏振器件所不具备的。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明中太赫兹探偏振器件使用示意图。
[0022]图2为本发明中太赫兹偏振器件在不同磁场下的左旋和右旋偏振光的透射率曲 线。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0024] 本发明提供了一种基于窄带半导体锑化铟的新型太赫兹偏振器件，可有效的将线 偏振太赫兹波转变为圆偏振太赫兹波。这种偏振器件具有调制频率宽，完美圆偏振出射，可 调谐的特点。
[0025] 图1是本发明的太赫兹探偏振器件使用示意图，包括锑化铟样品、入射线偏振太赫 兹波、线偏振片和出射圆偏振太赫兹波。入射太赫兹波经线偏振片提高偏振度，然后入射到 锑化铟样品上;锑化铟样品上加载沿入射方向垂直于样品的稳定磁场，样品中的电子在磁 场下形成磁低温等离子体，在特定的频率范围内全反射左旋圆偏振光，最终得到这个频率 区间内完美的右旋圆偏振太赫兹光。若所述磁场加载方向与入射太赫兹方向相反，贝U全反 射右旋圆偏振光，出射左旋圆偏振光。通过改变磁场加载方向，达到选择左/右旋偏振的目 的。在本实