基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置及方法

本发明涉及太赫兹，具体的说，是涉及一种基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置及方法。

背景技术：

1、太赫兹波是位于红外与微波之间的电磁波，是目前急需开发的电磁波谱资源。当前，太赫兹技术在高速无线通信、无损检测、生化物质鉴别、安全检查、集成电路芯片质量检测、集成电路芯片高速连接等方面具有广泛应用，因此受到了广泛的重视。

2、目前，制约太赫兹技术发展的主要瓶颈是，太赫兹技术发展过程中，缺少效率高、可调谐的太赫兹相干光源。当前的太赫兹波产生器中太赫兹的产生方式包括基于电子学的方法、基于光学的方法。其中，基于电子学的方法中涉及的光源包括半导体太赫兹光源和真空太赫兹光源，其频率一般只能做到太赫兹频段的低端，且效率也比较低。基于光学的方法包括光学差频方法和飞秒脉冲激发方法，二者虽然可以覆盖较宽的太赫兹频率范围，但是其效率极低，一般小于10的负5次方。

3、因此，开发同时具有高产生效率和宽太赫兹覆盖频率范围的太赫兹波，就成为当前急需解决的难题。

技术实现思路

1、为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置及方法。

2、本发明技术方案如下所述：

3、一种基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置，其特征在于，包括

4、一个或多个红外光源，

5、复合共振腔，由一个或多个光子晶体单体谐振腔耦合形成，所述复合共振腔的共振频率与所述红外光源的频率差为0.1太赫兹～10太赫兹，

6、幅度检波器或幅度解调器，

7、所述红外光源与所述复合共振腔相互干涉形成太赫兹量级拍频波，且所述幅度检波器或所述幅度解调器用于对干涉形成的太赫兹量级拍频波转换形成太赫兹波。

8、根据上述方案的本发明，所述红外光源位于所述复合共振腔的内部；

9、或，所述红外光源位于所述复合共振腔的外部，且所述红外光源产生的红外光通过波导耦合到所述复合共振腔的内部。

10、根据上述方案的本发明，所述红外光源产生的红外光的频率为800纳米～10000纳米。

11、根据上述方案的本发明，所述光子晶体单体谐振腔中的光子晶体为四边形晶格光子晶体或正方晶格光子晶体或蜂窝结构光子晶体。

12、根据上述方案的本发明，其特征在于，所述红外光源产生的红外光的频率位于光子晶体的光子禁带范围之内。

13、进一步的，所述红外光源产生的红外光的频率位于光子晶体的光子禁带范围的中心区域，所述光子晶体单体谐振腔的共振频率位于所述光子晶体的光子禁带范围的中心区域。

14、另一方面，一种基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生方法，其特征在于，基于上述的基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置，红外光源发出红外光并耦合至复合共振腔内，激发所述复合共振腔共振而产生共振波，该共振波与耦合至复合共振腔内的红外光相互干涉形成太赫兹量级拍频波，通过幅度检波器或幅度解调器对干涉形成的太赫兹量级拍频波检波得到太赫兹波并输出。

15、根据上述方案的本发明，其特征在于，复合共振腔的制备过程中：

16、由介质柱在介质空间中周期排列得到晶格光子晶体；

17、在晶格光子晶体中移除选定位置的介质柱后得到一个或多个点腔，或者改变选定位置的介质柱的半径或形状或位置得到一个或多个点腔，或者改变选定位置的介质柱的折射率得到一个或多个点腔；

18、一个点腔或多个点腔之间耦合得到复合共振腔。

19、进一步的，所述介质柱的介质材料的光折射率大于所述介质空间的介质材料的光折射率。

20、根据上述方案的本发明，其特征在于，利用脉冲频谱分析计算得到复合共振腔的共振频率，选择输出波的频率与所述复合共振腔的共振频率的差等于所期望产生的太赫兹波频率的所述红外光源，由此确定红外光源所输出的波的频率。

21、根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明利用红外光源发出的红外光与复合共振腔相互干涉形成太赫兹拍频波，并利用幅度检波器或幅度解调器检波形成太赫兹输出光，可以大大提高太赫兹波的生产效率；同时通过调整红外光的波长、光源分布、复合共振腔的结构等可以调整得到较宽频带的太赫兹波，频段覆盖范围广，利于各种频段太赫兹波的生成。

技术特征：

1.一种基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置，其特征在于，所述红外光源位于所述复合共振腔的内部；

3.根据权利要求1所述的基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置，其特征在于，所述红外光源产生的红外光的频率为800纳米～10000纳米。

4.根据权利要求1所述的基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置，其特征在于，所述光子晶体单体谐振腔中的光子晶体为四边形晶格光子晶体或正方晶格光子晶体或蜂窝结构光子晶体。

5.根据权利要求1至4任一项所述的基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置，其特征在于，所述红外光源产生的红外光的频率位于光子晶体的光子禁带范围之内。

6.根据权利要求5所述的基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置，其特征在于，所述红外光源产生的红外光的频率位于所述光子晶体的光子禁带范围的中心区域，所述光子晶体单体谐振腔的共振频率位于所述光子晶体的光子禁带范围的中心区域。

7.一种基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生方法，其特征在于，基于权利要求1至6任一项所述的基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置，红外光源发出红外光并耦合至复合共振腔内，激发所述复合共振腔共振而产生共振波，该共振波与耦合至复合共振腔内的红外光相互干涉形成太赫兹量级拍频波，通过幅度检波器或幅度解调器对干涉形成的太赫兹量级拍频波检波得到太赫兹波并输出。

8.根据权利要求7所述的基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生方法，其特征在于，复合共振腔的制备过程中：

9.根据权利要求8所述的基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生方法，其特征在于，所述介质柱的介质材料的光折射率大于所述介质空间的介质材料的光折射率。

10.根据权利要求7所述的基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生方法，其特征在于，利用脉冲频谱分析计算得到复合共振腔的共振频率，选择输出波的频率与所述复合共振腔的共振频率的差等于所期望产生的太赫兹波频率的所述红外光源，由此确定红外光源所输出的波的频率。

技术总结
本发明公开了太赫兹技术领域中的一种基于红外光与光子晶体共振腔的太赫兹波产生装置及方法，该装置包括一个或多个红外光源、复合共振腔、幅度检波器或幅度解调器，红外光源与复合共振腔相互干涉形成太赫兹量级拍频波，且幅度检波器或幅度解调器用于对干涉形成的太赫兹量级拍频波转换形成太赫兹波；该方法中，红外光源发出红外光并耦合至复合共振腔内，复合共振腔共振形成共振波，该共振波与耦合至复合共振腔内的红外光相互干涉形成太赫兹量级拍频波，通过幅度检波器或幅度解调器对干涉形成的太赫兹量级拍频波检波得到太赫兹波并输出。本发明可以根据需要得到较宽频带的太赫兹波，并且能够大大提高太赫兹波的产生效率。

技术研发人员：欧阳征标,德·泰雅吉
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6