一种太赫兹波产生装置及产生、调控太赫兹波的方法

本技术涉及太赫兹波的产生和调控领域，具体而言，涉及一种太赫兹波产生装置及产生、调控太赫兹波的方法。

背景技术：

1、太赫兹波在电磁波谱中介于红外和微波之间，是一种电磁波频率在0.1thz～10thz(波长在30μm～3000μm)之间的电磁波。不同椭偏率的太赫兹波的产生和调控对于太赫兹光谱学的发展、太赫兹光电器件、理解光与物质相互作用等方面具有重要意义。太赫兹波椭偏率的高效调控对于材料科学、表面非线性光子学、量子自旋动力学、太赫兹信息技术的发展至关重要。因此，椭偏振太赫兹波的产生及高效调控十分关键。

2、题目为“coherent polarization control of terahertz waves generatedfrom two-color laser-induced gas plasma”的文献中公开的空气等离子体系中的双色激光方案可以有效产生可控偏振轨迹的太赫兹波，具体是通过调控基频圆偏振激光和线偏振二次谐波之间的相位差实现，该方法发射的太赫兹波几乎是线偏振态，且由泵浦光转化为太赫兹波的能量转换效率较低，不能任意调控辐射太赫兹波的椭偏率，产生椭偏振太赫兹波的效率较低。

3、题目为“terahertz wave polarization rotation with double layered metalgrating of complimentary chiral patterns”的文献中公开了通过平面准二维手性光栅来实现太赫兹电场的各向同性偏振旋转，对太赫兹波偏振态的调控不够灵活，然而，太赫兹波椭偏率的高效调控需要对太赫兹波偏振态的灵活调控；所以，该方法不适用于调节太赫兹波的椭偏率，仅适用于调控太赫兹波的方位角。题目为“polarized thz emission fromin-plane dipoles in monolayer tungsten disulfide by linear and circularoptical rectification”的文献中公开了太赫兹波的椭偏率可以在过渡金属硫族化合物中实现相关调控，例如层状半导体ws2和mos2中。然而，ws2和mos2辐射的椭偏振的太赫兹波仅仅呈现出对椭偏率的微弱调制，也就是，太赫兹波椭偏率的调控不够灵活、不够高效。

4、综上所述，现有技术中的椭偏振太赫兹波的产生效率较低；且太赫兹波椭偏率的调控不够高效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种太赫兹波产生装置及产生、调控太赫兹波的方法，以解决现有技术中椭偏振太赫兹波的产生效率较低；且太赫兹波椭偏率的调控不够高效的问题。

2、本技术的技术构思如下：

3、椭偏振太赫兹波的产生效率较低，椭偏率调控不灵活会阻碍太赫兹光电器件的发展，限制了光驱动螺旋度相关光电流的超快相干控制的研究与应用。现有的ws2和mos2辐射缺乏高效的面内光电流产生，这样容易产生线偏振态的太赫兹波，难以产生易于调控的椭偏振太赫兹。铁电半导体材料具有对称中心的缺失、可调控的带隙、优异的面内和面间的可逆自发电极化这些独特的光学性质，使得铁电半导体成为探索面内和面间强太赫兹波的产生和调控的基础。铁电半导体材料的面内和面间均存在对称中心的缺失，也就是均存在对称性破缺，泵浦光照射在铁电半导体材料的表面，由于体光伏效应或者称为位移或注入电流等，铁电半导体材料中产生了面内和面间的可逆自发电极化，从而增强了铁电畴中的光电流，面内的光电流强于面间光电流，产生各向异性太赫兹波，即产生椭偏振太赫兹波。产生的太赫兹波与泵浦光的偏振态密切相关，也就是，太赫兹波的椭偏率能够利用泵浦光的偏振态进行精确调控。

4、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

5、本技术提供一种太赫兹波产生装置，该装置包括激光光源、二分之一波片、铁电半导体材料、光学平台，激光光源、二分之一波片、铁电半导体材料均固定在光学平台上，激光光源发出的光能够经过二分之一波片后照射在铁电半导体材料上，铁电半导体材料辐射产生太赫兹波，二分之一波片和铁电半导体材料通过第一镜架和样品架固定在光学平台上。

6、更进一步地，铁电半导体材料的厚度为10nm～1mm。

7、更进一步地，铁电半导体材料的材料为钛酸钡、铁酸铋、三硒化二铟、硒化铟、硫化亚锡、硒化亚锡、碲化锗、铜铟磷硫中的一种。

8、更进一步地，激光光源产生的激光与光学平台的平面平行。

9、更进一步地，激光光源产生的激光、二分之一波片的中心、铁电半导体材料处于相同的高度。

10、更进一步地，二分之一波片在第一镜架中能够绕第一镜架的中心轴线旋转；铁电半导体材料在样品架中能够绕样品架的中心轴线旋转。

11、更进一步地，铁电半导体材料产生的太赫兹波的路径上还设置有太赫兹金属线栅偏振片和光探测器；太赫兹金属线栅偏振片和光探测器的探测口等高，太赫兹金属线栅偏振片利用第二镜架固定于光学平台上，太赫兹金属线栅偏振片在第二镜架中能够绕第二镜架的中心轴线旋转。

12、本技术还提供了一种产生、调控太赫兹波的方法，该方法包括如下步骤：

13、s1，太赫兹波的产生；

14、s2，太赫兹波的调控。

15、更进一步地，步骤s1包括如下步骤：

16、s11，制备铁电半导体材料；

17、s12，在光学平台上搭建光路系统；

18、激光光源固定在光学平台上，二分之一波片、步骤s11制备的铁电半导体材料通过第一镜架和样品架固定在光学平台上，二分之一波片、铁电半导体材料均能够在镜架或样品架中绕架子的中心轴线方向转动；激光光源发出激光，透过二分之一波片后照射在铁电半导体材料上，铁电半导体材料辐射产生太赫兹波；

19、s13，太赫兹波的优化；

20、固定铁电半导体材料的旋转中心轴，旋转铁电半导体材料的方位角，调整太赫兹波的强度；通过改变入射激光的光斑大小、能量密度、偏振角优化铁电半导体材料产生的太赫兹波的强度。

21、更进一步地，步骤s2包括如下步骤：

22、s21，通过改变二分之一波片的偏振角，改变太赫兹波的椭偏率；

23、s22，探测铁电半导体材料产生的太赫兹波的水平偏振分量和竖直偏振分量；

24、在铁电半导体材料产生的太赫兹波的方向上依次固定设置太赫兹金属线栅偏振片和光探测器，利用旋转太赫兹金属线栅偏振片分别探测太赫兹波的水平偏振分量和竖直偏振分量；

25、s23，将步骤s22探测得到的水平偏振分量和竖直偏振分量重构为太赫兹波。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果：本技术中使用激光照射在铁电半导体材料上辐射产生太赫兹波；利用泵浦光路上的二分一波片调控泵浦光的偏振角，从而调控产生的椭偏振太赫兹波的椭偏率。由于铁电半导体材料具有面内和面间的可逆自发电极化、稳定的晶格结构、较高的室温电子迁移率，能够同时产生面内和面间两个正交分量的超高效太赫兹电场，太赫兹波辐射强度极高，且辐射性能稳定，也就是能够产生椭偏振太赫兹波，且产生效率较高。同时，能够对椭偏率、极化方位角、光学手性进行调控。具体地，本技术通过改变泵浦光的偏振角对太赫兹波的椭偏率进行调控，这是由于产生了面内和面间两个正交分量的太赫兹波，且存在各向异性螺旋度相关光电流产生的面内和面间太赫兹分量之间的相位差，因此，能够实现太赫兹椭偏率的高效调控。