[发明专利]一种集成电子自旋芯片的太赫兹产生模块及时域光谱系统

说明书

本发明提供了一种集成电子自旋芯片的太赫兹产生模块及时域光谱系统，外部配置的光源发射的激光通过传输光纤传输激光，激光经过激光耦合透镜后聚焦到电子自旋芯片处，用于激励芯片辐射太赫兹波，激光的入射到电子自旋芯片上的激光光斑位置和尺寸影响太赫兹波的辐射方向和辐射效率，通过调节光纤固定基座以及激光耦合透镜固定基座的前后位置，用于调整激光的聚焦位置和聚焦光斑的尺寸，进而实现太赫兹辐射方向和辐射效率的优化；本发明采用光纤耦合方式传输激光，可有效降低天线性能对振动等因素的敏感程度，提高稳定性，降低成本，提高利用效率。

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，具体涉及一种集成电子自旋芯片的太赫兹产生模块及时域光谱系统。

背景技术

在太赫兹技术领域，太赫兹时域光谱仪是一种重要的光谱分析仪器，用于对材料进行太赫兹波段参数测量及特性分析，在毒品、火炸药、食品药品等物质的光谱测量与分析领域已展现出重要应用价值。在太赫兹时域光谱仪中，太赫兹光谱的发射是关键的技术问题之一。在宽波段太赫兹光谱的产生技术中，有光电导天线产生太赫兹波、光整流效应产生太赫兹波、空气等离子体产生太赫兹波以及电子自旋效应产生太赫兹波。其中光电导天线由于其易于封装、体积小等原因使其在太赫兹时域光谱仪取得了较为广泛的应用，光纤耦合式的光电导天线目前已有较为成熟的封装方案。而基于电子自旋效应产生太赫兹辐射的方案由于其成本低、易于调试等原因正越来越多的应用于太赫兹时域光谱系统中，但大多都是在实验平台采用分离的元器件实现，激光在空间中传输，系统稳定性差，还没有可以应用于仪器产品的模块化封装方案。

现有的已经应用于仪器化产品的太赫兹发射源主要是光电导天线，其封装方式是通过聚焦透镜或者光纤头直接接触的方式将激光入射到天线的电极间隙处，其电极间隙很窄，通常只有几微米到几十微米。这导致在经过一段时间的放置后或者受振动影响后激光与电极间隙的对准将产生偏差，使天线的辐射性能大大下降，同时，若天线电极位置发生击穿，则会导致天线无法继续使用。而电子自旋芯片的成本要远低于光电导芯片，激光光斑的位置微小位移不会对太赫兹辐射功率产生太大影响，在某一位置发生损坏只需要将激光聚焦到其他位置仍可以继续使用，但是目前电子自旋发射太赫兹波都是在实验台上完成的，采用的空间激光进行激励，使用不便，整体结构不够稳定，且辐射的太赫兹波发散严重，有效利用率低。

目前集成电子自旋芯片的光纤耦合式太赫兹产生模块的封装技术尚属空白。太赫兹发射源主要采用光电导天线，从实际使用效果来看，光纤耦合光电导天线存在稳定性差的问题，振动、温度等因素均会导致天线的发射功率、发射带宽等性能指标变差。另外光电导天线芯片的加工需要晶体的生长、电极的制作等工艺，成本较高。采用电子自旋的方式产生太赫兹辐射可以解决这些问题，但是目前在实现电子自旋太赫兹发射的方案采用的是空间的激光，仍存在稳定性低，太赫兹辐射利用率低、测试样品调节不便等问题。

发明内容

本发明针对现有光纤耦合光电导天线存在的成本高、易受环境影响以及电子自旋方式缺乏在仪器中进行集成应用方案的问题，提出了一种集成电子自旋芯片的太赫兹产生模块，采用光纤耦合方式传输激光，可有效降低天线性能对振动等因素的敏感程度，提高稳定性，降低成本，提高利用效率。