一种基于dast晶体太赫兹波的内调制开关器件及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能够同时实现太赫兹差频产生和进行内开关效应的太赫兹器件，尤其涉及一种基于有机非线性电光DAST晶体的非线性和电光效应实现太赫兹波内调制的开关器件及方法。
【背景技术】
[0002]太赫兹波通常是指波段位于微波和红外光之间的电磁波，其频率位于0.1-1OTHz(波长在30um-3000um)，是电磁波谱中的最后一个空白频隙。因为太赫兹波包含有丰富的物理和化学信息，有着广泛的实际应用。近年来，太赫兹波通信技术得到了较大的发展。太赫兹波通信系统离不开各种太赫兹波功能器件的性能保障。目前，尽管国内外在太赫兹波功能器件方面的探索已经逐渐进行，但是太赫兹波功能器件相对于太赫兹波的产生和检测装置以及太赫兹传输波导来说依然需要进行深入的研究。太赫兹波开关是一种非常重要的太赫兹波功能器件，用于控制太赫兹波系统中的太赫兹波的通断。现有的太赫兹波开关往往结构复杂、体积较大并且价格昂贵。小型化、低成本的太赫兹波开关器件是太赫兹波技术应用的关键。
[0003]有机非线性电光晶体4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(4-N，N-dime thy lamino-4’ -N’ -me thy 1-sti lbazo liumtosy late)(简称DAST)在近红外波段具有较大的非线性系数、低介电常数和高电光系数，因此具有非常广泛的电光应用，尤其是可以使用在太赫兹差频产生和电光开关。当两束入射光波的频率差在太赫兹(30um-3000um)波段时，将两束光波同时入射到有机电光DAST晶体中，当入射光波达到一定的功率时，基于有机电光DAST晶体的非线性效应可以差频产生太赫兹波。电光开关是在电压的作用下控制光传输过程中的开和关状态，而电压之所以能够起到这种作用，主要是因为电光开关所选用的材料是具有电光效应的材料。晶体本身具有折射率，所谓的电光效应就是，当外加电压作用于晶体上时，晶体的折射率会随外加电场强度的变化而发生变化。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种可以实现差频太赫兹产生及内调制太赫兹开关的器件及方法，有机电光DAST晶体在被用作差频产生太赫兹波的同时，还可以利用其电光效应实现控制太赫兹波的输出，能够实现太赫兹波传输的开/关功能。本发明利用非线性光学共线差频原理和O类相位匹配，在非线性DAST晶体中产生宽调谐范围、高输出峰值功率的准连续太赫兹波，在有机非线性电光DAST晶体用作差频产生太赫兹波的同时，对太赫兹波的通断进行电调制，从而得到一种可以进行内调制的太赫兹波开关器件。本发明太赫兹内调制开关器件结构简单，尺寸小，制作方便，便于集成，调制速度快，调制效率高，并可以满足太赫兹波技术在通信、雷达等方面的应用需求。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]—种基于DAST晶体太赫兹波的内调制开关器件，包括太赫兹开关调制器，所述太赫兹开关调制器由有机非线性电光DAST晶体和相对称的设置在有机非线性电光DAST晶体两侧端面的金属电极构成，其中一侧端面的金属电极连接有由可调谐电阻器和可调谐电容器并联构成的输入匹配电路，另一侧端面的金属电极接电源地。
[0007]所述有机非线性电光DAST晶体的结构尺寸为长、宽、高分别为10mm、l-2mm和10mm。
[0008]所述金属电极的厚度为500nm-1000nm。
[0009]所述金属电极由金、银、铂或铝金属构成。
[0010]所述可调谐电阻器的调节范围为O-1MΩ。
[0011]所述可调谐电容器的调节范围为0-1F。
[0012]—种基于DAST晶体太赫兹波的内调制开关器件的控制方法，包括以下步骤:
[0013](I)选择两束波长SA1J2且频率差在太赫兹波段的两束入射激光，将上述两束入射激光同时入射至有机非线性电光DAST晶体，基于有机非线性电光DAST晶体的非线性效应差频产生太赫兹波λΤΗζ;
[0014](2)固定A1的值，调节λ2的值，得到带宽可调谐的太赫兹波λΤΗζ，此过程中，波长为A1、λ#ΡλΤΗζ的三个波长所对应的波矢Iu，k2，kTHz满足完全共线相位匹配条件；
[0015](3)通过输入匹配电路给有机非线性电光DAST晶体施加直流电压信号和调制电压信号，利用DAST晶体的电光效应，改变DAST晶体的折射率，使波矢Iu，k2，kTHz不再满足完全共线相位匹配条件，影响太赫兹波输出，使太赫兹的通断状态发生变化，实现太赫兹开关功會K。
[0016]与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是:
[0017]1.本发明将太赫兹差频产生和太赫兹开关调制集成在有机非线性电光DAST晶体，通过输入匹配电路产生外部调制信号对该调制器件进行调控，可对太赫兹波的开关特性进行灵活的控制，开关的状态是瞬时的，关闭外部调制信号后，该器件将恢复到原来的状态。
[0018]2.在有机非线性电光DAST晶体中产生宽调谐范围、高输出峰值功率的准连续太赫兹波的同时，有机非线性电光DAST晶体本身能够作为太赫兹开关，具有响应速度快、干扰小、加工简单、减少损耗。
[0019]3.该器件可用于太赫兹产生的系统中，并能够在室温下稳定运转，最终实现宽调谐的太赫兹开关器件，可广泛应用于通信技术、生物医学成像、高分辨光谱分析、材料检测及医疗诊断等领域。
【附图说明】
[0020]图1为有机非线性电光DAST晶体的晶轴和介质轴示意图。
[0021 ]图2为本发明装置结构示意图。
[0022]附图标记:1_有机非线性电光DAST晶体2-金属电极3-可调谐电阻器4-可调谐电容器
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0024]以下视图中出现的X1轴、X2轴和X3轴分别为空间直角坐标系对应的坐标轴。
[0025]—种基于DAST晶体太赫兹波的内调制开关器件，包括太赫兹开关调制器，所述太赫兹开关调制器由有机非线性电光DAST晶体I和相对称的设置在有机非线性电光DAST晶体I两侧端面的金属电极2构成，其中一侧端面的金属电极2连接有由可调谐电阻器3和可调谐电容器4并联构成的输入匹配电路，另一侧端面的金属电极2接地;输入匹配电路可以将直流电压和调制电压信号叠加在金属电极2上，给有机非线性电光DAST晶体I提供调制电压信号，以此来实现太赫兹开关功能。
[0026]使用有机非线性电光DAST晶体材料，沿晶体的3个晶向a，b，c切片，得到长、宽、高分别为I Omm、1-2mm和I Omm的DAST晶片。可以利用有机非线性电光DAST晶体的二阶非线性光学效应，在DAST晶体中通过光学差频技术产生太赫兹波。同时，由于有机非线性电光DAST晶体的电光效应，通过调整电压Vd，改变完全共线相位匹配条件，可以控制太赫兹波的产生与否，从而达到太赫兹开关的目的。
[0027]晶轴为具有光学异构的双折射晶体中的方向(在该方向中，折射率恒定，即使非偏振光入射也不出现双折射，并且普通光线与异常光线重合)，介质轴为普通光线与异常光线的偏离处于最小的方向。如图1所示，非线性光学晶体的光轴可以根据晶体的折射率和晶体结构来唯一确定。图1例示了电光DAST晶体的晶轴和介质轴。针对晶轴和介质轴的标识，可以通过测量折射率的方法(诸如测量吸收系数并计算克雷默斯-克朗尼(Kramers-Kronig)关系的方法)来标识。还可以通过利用晶体结构分析根据分子取向来确定晶轴和介质轴的方法进行标识。这些晶