[实用新型]一种全光控太赫兹强度调制器及太赫兹强度调制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及太赫兹波谱技术领域，尤其是涉及一种全光控太赫兹强度调制器及太赫兹强度调制器。 

背景技术

太赫兹波在生物医学诊断、机场安全成像、军事探测、大气研究、高速通信、包装产品的质量控制、农业湿度分析等方面具有广阔的应用前景。在应用需求的推动下，太赫兹科学技术已取得了很大的进展。近二十年来，太赫兹时域光谱技术和量子级联激光器的发展，为太赫兹波的研究提供了合适的光源和探测手段，使得太赫兹发射和探测技术都有了很大的发展。太赫兹强度调制器作为操纵太赫兹信号传输系统的一个关键部件，其相关研究对太赫兹科学和技术的进一步应用具有重大意义。由于天然材料对太赫兹波段的电磁响应非常微弱，难以实际应用于调制太赫兹波，因而相较于太赫兹发射和探测技术的飞速发展，太赫兹调制技术却显得进展缓慢。太赫兹波传输过程中需要的太赫兹滤波器，调制器，开关等各种功能器件的研究仍然较为薄弱。 

现已有的太赫兹强度调制器主要有两种，电控调制器和光控调制器。目前基于硅等半导体，二氧化钒等相变材料等电控和光控太赫兹强度调制器都存在较多缺点。如：（1）电控太赫兹强度调制器的谐振回路具有较大的电容和串联电阻，通放电需要一定的时间延迟，导致其调制器的调制速度相对较慢；且在电控太赫兹波调制器的上下表面都需要导电电极（例如导电硅等）实现电控调制器。电极有自由电子，会吸收太赫兹波，从而引入插入损耗，影响太赫兹调制效率；（2）硅半导体和二氧化钒材料中光生载流子的迁移速率慢且光生载流子寿命时间长（大约为微秒级量级），因此，基于硅半导体和二氧化钒材料的电控和光控调制器限制了太赫兹波的调制速度，使其调制速度慢；（3）硅半导体和二氧化钒等调制器的调制带宽窄。综合来看，现有的太赫兹强度调制器的调制速度、调制带宽都不能满足太赫兹研究的要求，有待提高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对目前已有的太赫兹强度调制器的调制速度低，光谱范围窄的问题，提高系统适用范围，本实用新型提出了一种全光控太赫兹强度调制器及太赫兹强度调制器，通过纳米金颗粒层增强石墨烯层吸收光子的效率，提高光生载流子的密度，进而加强对太赫兹波的吸收，增强调制器的调制效果。 

本实用新型采用的技术方案如下：

一种全光控太赫兹强度调制器包括：

    太赫兹波发生装置，用于产生太赫兹波；

    泵浦光波发生装置，用于产生泵浦光波；

    太赫兹强度调制器，用于吸收泵浦光波的光子，产生光生载流子，随后吸收用于驱动光生载流子运动的太赫兹波，光生载流子在太赫兹波电场驱动下，与其他粒子相互作用，将太赫兹波电场能量消耗并分散到其他粒子中，从而调制太赫兹波的强度；通过调节泵浦光波的强度，调节石墨烯层光生载流子的浓度，最终调制太赫兹波的输出强度，其中所述太赫兹强度调制器包括：

    纳米金颗粒层，用于吸收泵浦光波，纳米金颗粒层中的自由电子与入射的泵浦光波产生等离子共振，纳米金颗粒层通过等离子体共振将泵浦光波的光子传递给石墨烯层；

石墨烯层，用于吸收纳米金颗粒层传递的光子，同时石墨烯层吸收泵浦光产生的光子，所述光子激发石墨烯层产生光生载流子；随后石墨烯层接收太赫兹波，光生载流子在太赫兹波电场驱动下运动，光生载流子与其他粒子相互作用，将太赫兹波电场能量消耗并分散到其他粒子中，从而调制太赫兹波的强度； 

石英基底，用于石墨烯层的衬底。

所述太赫兹波发生装置包括用于产生太赫兹波信号的太赫兹发生器，以及用于聚焦太赫兹发生器输出太赫兹波能量的太赫兹波输入调节器，所述太赫兹波输入调节器将太赫兹波信号进行能量聚焦后，所述太赫兹波焦点位于石墨烯层上表面，石英基底位于石墨烯层下表面。 

所述太赫兹波输入调节器是太赫兹透镜或抛物面镜。 

所述泵浦光波发生装置包括用于产生泵浦光波的激光器，用于调制泵浦光频率的声光调制器，以及用于将声光调制器输出的泵浦光波聚焦调节的泵浦光波调节器，所述激光器通过声光调制器与泵浦光波调节器光连接。 

所述泵浦光波调节器是透镜。 

当泵浦光波与太赫兹波入射角度重合时，太赫兹波与泵浦光波都是从石墨烯上表面入射，所述太赫兹波输入调节器还包括角度调节器，所述入射角度指的是入射至石墨烯层的角度。