一种基于dast晶体的太赫兹偏振电光调制装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置，包括调制器和输入匹配电路，所述调制器由有机电光DAST晶体和金属电极构成，所述输入匹配电路由输入电源和可调谐电阻器构成，所述输入电源的正负电极分别与所述调制器上的金属电极相连接。本实用新型利用有机电光DAST晶体的电光特性进行太赫兹辐射波的偏振态调制，实现具有驱动电压低、响应速度快、输出偏振态稳定，可以在不同得电压下实现太赫兹波相应的线偏振到线偏振的偏振方向旋转功能和线偏振到任意的偏振状态转化功能。此外本实用新型装置具有调制带宽高、传输损耗和插入损耗小、驱动功率小、制作工艺简单的优点，可用于太赫兹辐射通信和信息处理领域。
【专利说明】
一种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及太赫兹波调制领域，具体的说，是涉及一种基于有机电光DAST晶 体对传输太赫兹波偏振态进行电光调制的装置，利用DAST晶体晶轴折射率在不同电场电压 下会发生改变，从而影响太赫兹波在晶体内的延时相位差，对传输太赫兹波的偏振状态进 行调制。
【背景技术】
[0002] 太赫兹波在无损检测、安全成像、通讯和传感等领域内都经历着飞速的发展和各 式各样的应用方式。近年来，太赫兹波的偏振态控制可以应用于很多领域中，包括通信编 码、高速光开关、传感、检测和成像等等与人们生活息息相关的领域中。这些有价值的应用 不仅需要高效的太赫兹发射源和高灵敏度的太赫兹探测器，还需要高效的光学器件来调控 太赫兹波，如调幅器、棱镜、波片、高速开关盒偏振旋转器等。但由于技术的限制，人类对太 赫兹波段的偏振研究还处于比较真空的状态，对太赫兹波段的偏振态调控器件的研究是少 之又少。因此，实现任意掌控太赫兹波的偏振状态就成为了紧迫和开创性的任务。
[0003] 目前，在太赫兹波段内的偏振态调控器件主要是金属线栅偏振片，这种结构已经 实现商用，但是还存在着许多的不足和缺陷，包括其价格昂贵、偏振调制方式单一、金属结 构的脆弱性等等。太赫兹偏振片和波片也是比较常用的太赫兹偏振元件，偏振片可实现太 赫兹波的线偏振起偏和检偏作用，波片起位相延迟和偏振态转换的功能。采用双面刻槽或 开口谐振环超材料的太赫兹波片也可以实现大于99%的圆偏振，但也只能单频工作。各向 同性手性超材料的偏振转换对入射偏振方向不敏感，一般需要通过三维结构来实现，制作 过程较复杂。双各向异性超材料可以通过太赫兹波的斜入射实现其偏振转换，但适用条件 和实际操作较复杂。除了上述的偏振片器件以外，在太赫兹领域内再没有更实用和有效的 偏振调制器件了。
[0004] 晶体电光调制器件主要使用的是电光晶体，如KTP晶体、铌酸锂铁电晶体以及DAST 晶体等，在外加电场作用下产生电光效应来达到调制的目的。有机非线性光学晶体4-(4-二 甲基氨基苯乙烯基）甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(DAST)晶体，属于单斜晶系，空间群Cc，点群 m，与无机非线性光学晶体(如KTP、LiNb03等)相比，DAST晶体的非线性光学系数和电光系数 都比较大，低的介电常数，以及在相干长度和响应时间方面都占有优势。因此，DAST晶体不 仅能够利用差频相位匹配以此来产生太赫兹波辐射，并且能够对太赫兹波进行调制。由于 DAST晶体的非线性极化效应，当晶体上有外加电场作用时，晶体输出太赫兹波信号的相位 会随着晶体折射率的变化而发生变化，这样就使得输出两个分量之间的相位差随着外加电 场的变化而变化，从而实现电光调制。他可以在不同得电压下实现太赫兹波相应的线偏振 到线偏振的偏振方向旋转功能和线偏振到椭圆偏振的偏振状态转化功能。实际上可以根据 应用的需求来设计相应的偏振转化器件，从而大大提高了这种转化器件的使用价值。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于DAST晶体的太赫 兹偏振电光调制装置，将有机电光DAST晶体设计成为电光调制器，能将输入的线偏振太赫 兹波转变成任意指定的偏振态输出。
[0006] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置，包括调制器和输入匹配电路，所 述调制器由有机电光DAST晶体和金属电极构成，所述输入匹配电路由输入电源和可调谐电 阻器构成，所述输入电源的正负电极分别与所述调制器上的金属电极相连接。
[0008] 所述有机电光DAST晶体的尺寸为IOmm X IOmmX (1~2mm)。
[0009] 所述金属电极的厚度为500nm~lOOOnm。
[0010] 所述金属电极由金、银、铂或铝金属构成。
[0011] 与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：
[0012] 本实用新型利用有机电光DAST晶体的电光特性进行太赫兹辐射波的偏振态调制， 实现具有驱动电压低、响应速度快、输出偏振态稳定，可以在不同得电压下实现太赫兹波相 应的线偏振到线偏振的偏振方向旋转功能和线偏振到任意的偏振状态转化功能。此外本实 用新型装置具有调制带宽高、传输损耗和插入损耗小、驱动功率小、制作工艺简单的优点， 可用于太赫兹辐射通信和信息处理领域。
【附图说明】
[0013]图1为有机电光DAST晶体的晶轴和介质轴示意图。
[0014] 图2为太赫兹波偏振态电光调制装置的结构示意图。
[0015] 图3为太赫兹波输出强度调制器装置结构示意图。
[0016] 附图标记：1_有机电光DAST晶体2-金属电极3-可调谐电阻器4-输入电源5-检偏器
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本实用新型作进一步的描述：
[0018] 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。
[0019] -种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置，包括调制器和输入匹配电路，所 述调制器由有机电光DAST晶体1和金属电极2构成，输入匹配电路由输入电源4和可调谐电 阻器3构成，输入电源4的正负电极分别与调制器上的金属电极2相连接。
[0020] 有机电光DAST晶体1用作太赫兹波偏振电光调制时，该晶体需要进行c切割，切割 完成后，标识有机电光DAST晶体的晶轴和介质轴。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例不了有机电光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。这些晶轴和介质轴还可以通过 在任意条件下将电磁场直接照射到晶体上并且标识使特性最大化的方向来以实验方式标 识。而且，取决于该晶体，存在可以通过晶体惯态可视地标识晶轴和介质轴的晶体，所以也 可以进行可视标识。
[0021] 通过可调谐电阻器3调节输入匹配电路的输出电压，从而改变有机电光DAST晶体 两个感应主轴的折射率，控制太赫兹波在电场作用下两个振动分量形成的相位差，从而实 现太赫兹波偏振状态的调制。本实用新型中太赫兹波通光方向上晶体长度为L，厚度为d(即 两个金属电极间的距离），则外加电压V = E*d时，从晶体出射的两束光的相位差为Δφ，只要 晶体和通光波长λ确定之后，相位差Δφ的大小就取决于外加电压V。
[0022]金属电极2相对应的镀在有机电光DAST晶体1的两个侧面，为了提供良好的导电性 能，金属电极2的材料选择金、银、钼、错等金属，金属电极厚度一般在500nm-1000nm。输入电 源4的正负电极分别加载在DAST晶体的上、下表面的电极上，给调制器提供输入电压。
[0023]本实用新型利用非线性电光原理，基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置的调 制方法有以下步骤：
[0024] 调节可调谐电阻器3使输入电源4提供的调制电压加载到有机电光DAST晶体1的金 属电极2上；
[0025] 通过太赫兹源发射太赫兹辐射波入射至有机电光DAST晶体1，当太赫兹波通过该 调制器时，其传播特性会受到影响而改变，太赫兹波进入有机电光DAST晶体后将分解为沿 两个相互垂直的偏振分量；
[0026] 利用有机电光DAST晶体1在外加电场作用下其晶轴折射率发生变化的电光效应， 通过可调谐电阻器3调节输入匹配电路的输入电压，改变有机电光DAST晶体感应主轴的折 射率，可以改变两个分量间的相位差，最终改变出射太赫兹波的偏振状态；
[0027] 控制太赫兹波在电场作用下两个振动分量之间的相位差，实现对太赫兹波偏振状 态的调制。
[0028] 本实用新型装置结构如图2所示，在有机电光DAST晶体Wftxi轴方向的上表面和下 表面镀上金属层作为金属电极2,金属电极的厚度取值范围在500nm-1000nm。由可调谐电阻 器3和输入电源4组成的输入匹配电路，直流电压通过可调谐电阻器3连接到金属电极2上。 施加电压后，因外加电场沿Xl轴方向，晶体的主轴X2、X3旋转45°至X 2 '轴和X3 '轴。太赫兹波入 射方向与^轴垂直，从有机电光DAST晶体1的侧面垂直入射，沿着X3'方向传播，进入晶体后 将分解为沿X 2 '和X1方向的两个垂直偏振分量，由于这两个偏振分量的折射率不相同，分别 为nxdPn X2,。所以当他们经过有机电光DAST晶体1长度L，厚为d，本实施例中L=I~2mm，两金 属电极2间的距离为d = I Omm，外加电压V = E*d，则从有机电光DAST晶体1出射的两个分量间 的相位差为：
[0029]
[0030] 其中，γ11:与X1轴方向相关的光电系数；γ 21:与X2'轴方向相关的光电系数。
[0031] 通过改变调节可调谐电阻器3得到不同的电压值V(电压输入范围为0V-500V)，这 个相位差就会改变出射光束的偏振态。当相位差为Αφ=0时，输出太赫兹波光场矢量是线偏 振光；Δφ=π/2时，太赫兹合成光场矢量变为圆偏振光；当.Δψ=π时，太赫兹合成光场矢量为旋 转90°后的线偏振光。Δφ·在其余情况下，输出太赫兹合成光场矢量为椭圆偏振光。
[0032]在本实用新型的另一个使用实施例如图3所示，在有机电光DAST晶体1的输出端放 置一个与入射太赫兹波方向垂直的偏振器作为检偏器5,那么当有机电光DAST晶体1上所加 的电压在O到半波电压值之间变化时，从检偏器5输出的太赫兹波只是椭圆偏振的一个轴向 分量，因而可以把偏振态的变化改变成为太赫兹波强度的变化(强度调制）。
[0033]最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型， 尽管参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换， 但是凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置，其特征在于，包括调制器和输入匹 配电路，所述调制器由有机电光DAST晶体和金属电极构成，所述输入匹配电路由输入电源 和可调谐电阻器构成，所述输入电源的正负电极分别与所述调制器上的金属电极相连接。2. 根据权利要求1所述一种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置，其特征在于，所 述有机电光DAST晶体的规格尺寸为1 Omm X 1 Omm X (1~2mm)。3. 根据权利要求1所述一种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置，其特征在于，所 述金属电极的厚度为500nm~lOOOnm。4. 根据权利要求1或3所述一种基于DAST晶体的太赫兹偏振电光调制装置，其特征在 于，所述金属电极由金、银、铂或铝金属构成。
【文档编号】G02F1/03GK205427368SQ201620214135
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】徐德刚, 严德贤, 王与烨, 钟凯, 闫超, 刘鹏翔, 石嘉, 姚建铨
【申请人】天津大学