介质-金属光子晶体、其制备方法和太赫兹脉冲发生器技术

本发明专利技术提供了一种介质‑金属光子晶体、其制备方法和太赫兹脉冲发生器，所述介质‑金属光子晶体具有下式所示的多层复合结构：[介质层/金属层]n/绝缘衬底；其中，n为1～10之间的整数；所述金属层为磁性纳米薄膜和非磁性纳米薄膜交替复合形成的多层结构。与现有技术相比，本发明专利技术提供的介质‑金属光子晶体采用特定结构，一方面能够更大程度上吸收激光能量，激发每个金属层产生太赫兹脉冲，另一方面能够使每个金属层产生的太赫兹波相干叠加，从而使太赫兹强度获得极大增强；应用于太赫兹脉冲发生器能够最大限度的利用飞秒激光能量，从而极大地提升太赫兹强度，且频谱宽、偏振可调。

【技术实现步骤摘要】
介质-金属光子晶体、其制备方法和太赫兹脉冲发生器
本专利技术涉及太赫兹光电器件
，更具体地说，是涉及介质-金属光子晶体、其制备方法和太赫兹脉冲发生器。
技术介绍
太赫兹(THz)波是指频率从0.1THz到10THz，介于毫米波与红外光之间的电磁波。太赫兹波具有许多独特性质，比如透射性、安全性、很强的光谱分辨本领等，这些性质赋予太赫兹波广泛的应用前景，包括太赫兹雷达和通信、光谱和成像、无损探伤、安全检测等方面。太赫兹发生器是太赫兹系统的重要组成部分。现有常规的太赫兹脉冲产生，主要基于光整流、光电导天线、空气等离子体等；但它们在成本、频谱、简便性等方面各自有一些弱点。近几年发展起来的基于铁磁/非磁薄膜中超快自旋过程的太赫兹脉冲发生器，在成本、频谱、简便性等方面具有很大优势，但其发射强度存在一定限制；一个重要的原因是它只吸收一小部分飞秒激光能量，从而限制了它的产生效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种介质-金属光子晶体、其制备方法和太赫兹脉冲发生器，本专利技术提供的太赫兹脉冲发生器能够最大限度的利用飞秒激光能量，从而极大地提升太赫兹强度。本专利技术提供了一种介质-金属光子晶体，具有式(I)所示的多层复合结构：[介质层/金属层]n/绝缘衬底式(I)；式(I)中，n为1～10之间的整数；所述金属层为磁性纳米薄膜和非磁性纳米薄膜交替复合形成的多层结构。优选的，所述金属层为磁性/非磁性双层纳米薄膜或非磁性/磁性/非磁性三层纳米薄膜。优选的，所述磁性纳米薄膜的材质包括Fe、Co、Ni、FeNi、CoFe、CoFeB、Fe3Si、YIG、Fe3O4、GdFeCo、GdCo5、DyCo5、TbFe2和BaFe12O19中的一种或多种；所述磁性纳米薄膜的厚度为0.1nm～10nm。优选的，所述非磁性纳米薄膜的材质包括Pt、W、Pd、Ta、Bi、Cr、Ir、IrMn、PtMn、PdMn、FeMn、AuPt、AuW、PtBi、CuBi、CuIr、CuPb、Bi2Se3、Bi2Te3、Bi2Se2Te、Bi2Te2Se、Sn-dopedBi2Te2Se、BiSbTeSe、(BixSb1-x)2Te3、α-Sn、TaAs、TaP、NbAs、NbP、WTe2、MoTe2、ZrSiS、石墨烯和MoS2中的一种或多种；所述非磁性纳米薄膜的厚度为0.1nm～10nm。优选的，所述介质层的材质包括Al2O3、MgO、SiO2、PET、PEN、LaAlO3、SrTiO3、TiO2、ZrO2、ZnO、La2O3、GeO2、VO2和Y2O3中的一种或多种；所述介质层的厚度为25nm～2000nm。本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的介质-金属光子晶体的制备方法，包括以下步骤：a)在绝缘衬底上周期性依次沉积金属层和介质层，得到介质-金属光子晶体；所述介质-金属光子晶体具有式(I)所示的多层复合结构：[介质层/金属层]n/绝缘衬底式(I)；式(I)中，n为1～10之间的整数；所述金属层为磁性纳米薄膜和非磁性纳米薄膜交替复合形成的多层结构。优选的，步骤a)中所述在绝缘衬底上周期性依次沉积金属层和介质层的过程具体为：在绝缘衬底上交替沉积磁性纳米薄膜和非磁性纳米薄膜形成金属层，再在形成的金属层上沉积介质层，然后以所述介质层为新的沉积衬底周期性依次沉积上述金属层和介质层，得到介质-金属光子晶体。优选的，步骤a)中所述沉积的方式为激光脉冲沉积、磁控溅射沉积或电子束蒸发沉积。本专利技术还提供了一种太赫兹脉冲发生器，由飞秒激光脉冲源、介质-金属光子晶体和外加可旋转磁场构成；所述介质-金属光子晶体为上述技术方案所述的介质-金属光子晶体或上述技术方案所述的制备方法制备得到的介质-金属光子晶体；所述飞秒激光脉冲源与所述介质-金属光子晶体的介质层相对；所述外加可旋转磁场平行施加于所述介质-金属光子晶体的磁性纳米薄膜平面。优选的，所述飞秒激光脉冲源的飞秒激光波长为200nm～2000nm。本专利技术提供了一种介质-金属光子晶体、其制备方法和太赫兹脉冲发生器，所述介质-金属光子晶体具有下式所示的多层复合结构：[介质层/金属层]n/绝缘衬底；其中，n为1～10之间的整数；所述金属层为磁性纳米薄膜和非磁性纳米薄膜交替复合形成的多层结构。与现有技术相比，本专利技术提供的介质-金属光子晶体采用特定结构，一方面能够更大程度上吸收激光能量，激发每个金属层产生太赫兹脉冲，另一方面能够使每个金属层产生的太赫兹波相干叠加，从而使太赫兹强度获得极大增强；应用于太赫兹脉冲发生器能够最大限度的利用飞秒激光能量，从而极大地提升太赫兹强度，且频谱宽、偏振可调。实验结果表明，本专利技术提供的介质-金属光子晶体的激光吸收率大于80％，产生的太赫兹脉冲强度与商用ZnTe晶体相当。另外，本专利技术提供的太赫兹脉冲发生器结构简单、成本低，可替代昂贵窄带宽的商用电光晶体太赫兹发生器，为太赫兹波的应用提供更优质的选择。附图说明图1为本专利技术实施例提供的介质-金属光子晶体的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的金属层为磁性/非磁性双层纳米薄膜的介质-金属光子晶体的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的金属层为非磁性/磁性/非磁性双层纳米薄膜的介质-金属光子晶体的结构示意图；图4为本专利技术实施例3提供的太赫兹脉冲发生器的结构及工作过程示意图；图5为本专利技术实施例3提供的太赫兹脉冲发生器与商用ZnTe晶体发生器产生的太赫兹脉冲的技术效果对比图；图6为本专利技术实施例4提供的太赫兹脉冲发生器的结构及工作过程示意图；图7为本专利技术实施例4提供的太赫兹脉冲发生器与商用ZnTe晶体发生器产生的太赫兹脉冲的技术效果对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种介质-金属光子晶体，具有式(I)所示的多层复合结构：[介质层/金属层]n/绝缘衬底式(I)；式(I)中，n为1～10之间的整数；所述金属层为磁性纳米薄膜和非磁性纳米薄膜交替复合形成的多层结构。请参阅图1，图1为本专利技术实施例提供的介质-金属光子晶体的结构示意图；其中，1为绝缘衬底，2为介质层，3为金属层，4为[介质层/金属层]周期单元，5为磁性纳米薄膜，6和为非磁性纳米薄膜，6’为非磁性纳米薄膜。在本专利技术中，所述绝缘衬底的材质优选包括Al2O3、MgO、SiO2、PET、PEN、LaAlO3、SrTiO3、TiO2、ZrO2、ZnO、La2O3、GeO2、VO2和Y2O3中的一种或多种，更优选为MgO。在本专利技术中，所述绝缘衬底能够透射太赫兹波，本专利技术对此没有特殊限制。在本专利技术中，所述绝缘衬底的厚度优选为0.1mm～2mm，更优选为0.5mm。在本专利技术中，所述绝缘衬底上依次复合有n个[介质层/金属层]周期单元；其中，n为周期数，具体为1～10之间的整数，优选为3。在本专利技术中，所述[介质层/金属层]周期单元中的金属层与所述结缘衬底接触。在本专利技术中，所述金属层为磁性纳米薄膜和非磁性纳米薄膜交替复合形成的多层结构。由此可知，当n＝1时，所述绝缘衬底依次复合金属层和介质层；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介质‑金属光子晶体，具有式(I)所示的多层复合结构：[介质层/金属层]n/绝缘衬底  式(I)；式(I)中，n为1～10之间的整数；所述金属层为磁性纳米薄膜和非磁性纳米薄膜交替复合形成的多层结构。

【技术特征摘要】
1.一种介质-金属光子晶体，具有式(I)所示的多层复合结构：[介质层/金属层]n/绝缘衬底式(I)；式(I)中，n为1～10之间的整数；所述金属层为磁性纳米薄膜和非磁性纳米薄膜交替复合形成的多层结构。2.根据权利要求1所述的介质-金属光子晶体，其特征在于，所述金属层为磁性/非磁性双层纳米薄膜或非磁性/磁性/非磁性三层纳米薄膜。3.根据权利要求1所述的介质-金属光子晶体，其特征在于，所述磁性纳米薄膜的材质包括Fe、Co、Ni、FeNi、CoFe、CoFeB、Fe3Si、YIG、Fe3O4、GdFeCo、GdCo5、DyCo5、TbFe2和BaFe12O19中的一种或多种；所述磁性纳米薄膜的厚度为0.1nm～10nm。4.根据权利要求1所述的介质-金属光子晶体，其特征在于，所述非磁性纳米薄膜的材质包括Pt、W、Pd、Ta、Bi、Cr、Ir、IrMn、PtMn、PdMn、FeMn、AuPt、AuW、PtBi、CuBi、CuIr、CuPb、Bi2Se3、Bi2Te3、Bi2Se2Te、Bi2Te2Se、Sn-dopedBi2Te2Se、BiSbTeSe、(BixSb1-x)2Te3、α-Sn、TaAs、TaP、NbAs、NbP、WTe2、MoTe2、ZrSiS、石墨烯和MoS2中的一种或多种；所述非磁性纳米薄膜的厚度为0.1nm～10nm。5.根据权利要求1所述的介质-金属光子晶体，其特征在于，所述介质层的材质包括Al2O3、MgO、SiO2、PET、PEN、LaAlO3、SrTiO3、TiO2、ZrO...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯正，王大承，谭为，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51