[发明专利]一种太赫兹波段的慢光器件及其制作

说明书

本发明一种太赫兹波段的慢光器件，具体指一种在聚酰亚胺衬底上，加工一组特定几何结构的周期性电磁谐振单元阵列，实现该波段上电磁脉冲的群速度延迟的无源器件，涉及太赫兹的慢光器件技术领域。本发明利用类表面等离子体干涉相消导致太赫兹波段的巨大色散,从而实现该波段上电磁脉冲的群速度延迟的工作原理，通过将一个120度弧形谐振器和一个48个齿轮的内凹齿轮谐振器相组合，在0.23太赫兹波段，实现38.89皮秒的群速度延迟。本发明利用现有微加工工艺，制备工艺简单、操作方便，可以精确控制谐振器微结构的加工区域，大大降低了制作成本。在未来的巨大应用前景的THz通讯技术无源器件的发展和应用提供了坚实的技术物质基础。

技术领域

本发明涉及太赫兹慢光技术领域，具体指一种采用弧形谐振器和内凹齿轮谐振器组合在聚酰亚胺表面排列成周期性金属结构阵列的无源器件的设计与制作。

背景技术

太赫兹波(Terahertz，简称THz)是指在微波和红外光谱之间，频率范围为0.1THz到10THz的电磁波(1THz＝10¹²Hz)，在电磁波谱上位于超高频率微波到远红外辐射之间的特殊区域。相比于人们常见的超声波、X射线、中远红外来说，THz波具有非电离和相干特性，不会破坏被探测物质的内部结构及本征属性。常见的纸张、塑料、干燥木材，对THz电磁辐射接近透明，而金属或导电率很高的物体却能够有效反射THz波。由此，利用THz波成像可广泛用于机场、海关等地方的安全监测，比如探查隐藏的枪械、爆炸物、毒品等，而不会对人体造成伤害；在工业上还可以用于探测集成电路焊接的损伤，用于质量控制的手段。由此可见THz技术对我国国家安全、医学诊断，质量检测等领域具有重要的意义。

为实现THz技术的广泛应用，除了有效的产生和探测THz波以外，还包括如何对在空间中传播的THz波进行操控。在太赫兹通讯应用中,由于传播噪声、背景噪声等干扰,需消除噪声,提高系统的性能,如：在某些特定THz波段使用滤波器，来消除噪声干扰，然而滤波器对传输信号具有一定的衰减，导致THz通讯效率下降。光学领域中慢光器件的出现，为解决上述技术瓶颈提供的新的途径。慢光(Slow light)效应是在高色散器件和媒质中存在的一种反常的物理现象。真空中的电磁波传播存在相速度和群速度，其中相速度是大家所熟知“光速”，也就是3×10⁸米/每秒。而在包括THz通信在内的光通讯中使用的光，是以光脉冲的形式来传播信息的，而光脉冲的速度是光的群速度，群速度是指波的包络传播的速度，取决于传播介质的色散值(Reviews Modern Physics,77：633(2005))。由于传输信号与噪声通过慢光器件后，存在差异，就可以通过改变接受装置的相关参数，接受传输信号，并过滤噪声，群速度越慢，降噪效果越好。因而THz慢光器件成为实现下一代THz通讯技术的广泛应用的重要潜在器件。

目前，随着THz慢光器件的研究不断深入,近些年来陆续提出以下不同的THz慢光：如U形谐振器、开口谐振环、金属条谐振器等不同谐振器周期性排列成器件，通过近场激发相互作用，导致表面等离子体振荡干涉相消，从而在特定波长上形成一个色散巨大的透明窗口，从而在窗口频率上实现THz慢光(Science China,56:120406-1–120406-18(2013))。透明窗口在频谱上的位置，取决于谐振器的几何结构。此类设计目前达到的群速度延迟一般不超过10皮秒(1皮秒＝10^-12秒)。最新纪录达到26皮秒，是由本发明申请人课题组实现的，其结果刊登于Optical Materials Express Vol.7,Issue 6,pp.1950-1961(2017)之上。如何进一步提高群延迟，拓展THz慢光器件的性能成为当前THz器件研究的难题之一。

发明内容

本发明的目的在于针对现有THz慢光器件所存在的技术局限性和潜在市场需求，提供一种慢光效果达到38皮秒的新型器件，及其简单易行、成本低廉的制备方法。