一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统。其中太赫兹贝塞尔光束产生器包括一液晶聚合物膜；沿第一方向，液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°‑180°渐变分布；沿第二方向，液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°‑180°渐变分布，以形成产生太赫兹贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板；其中，第一方向与第二方向垂直。本发明专利技术实施例提供的太赫兹贝塞尔光束产生器，具有宽波段适用、小型化易集成、高效简便、成本低、轻薄化的特点，在太赫兹通信、传感、成像等方面有着极大的应用潜力。

A terahertz Bessel beam generator, preparation method and generation system

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统
本专利技术实施例涉及太赫兹光场调控技术，尤其涉及一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统。
技术介绍
太赫兹波段指的是频率介于微波和红外之间的电磁波段，通常的定义为0.1THz-10THz。这个波段有很多独特性质与应用。太赫兹波具有较低的光子能量和较高的成像分辨率，因此广泛地用于人体安检和物质无损检测。很多生物分子内和分子间振动能级处于太赫兹频段，这种现象被称之为“太赫兹指纹谱”，因此可以用作食品、药品的成分检测。另外，太赫兹波由于其较高的载波频率和良好的传播特性，在无线通信领域也有着潜在应用。目前，太赫兹产生源以及探测器已经发展得比较成熟，用以调制太赫兹波波前强度、相位和偏振的调制器还处于初级发展阶段。尤其是能调制产生各种太赫兹特种光束的调制器，成为研究领域的一大热点。利用太赫兹特殊光束独特的光场分布特点和衍射特性，可以将其应用于现代太赫兹光谱与成像技术中，以弥补传统太赫兹技术的不足，推动太赫兹技术的进一步发展。贝塞尔光束是特种光束的一种，它是一种典型的无衍射光束，其强度分布在一定传播距离内保持聚焦且不会出现发散现象。这类光束具有主光斑尺寸小、方向性好、强度高和传输距离远的特点。贝塞尔光束的另一个重要特征是具有自修复特性，即在贝塞尔光束传播过程中放置一个障碍物，被阻碍的光波在传播一段距离后又重新恢复为原来的光场分布。因此，这类光束在光学成像、光学加工和粒子操控等领域有着十分重要的应用。在太赫兹波段，贝塞尔光束亦有许多独特应用。对于利用凸透镜或抛物面镜进行太赫兹光束聚焦的传统太赫兹成像系统，固定的聚焦长度会导致侧向分辨率(即焦斑)和轴向分辨率(即焦深)存在一个取舍平衡。太赫兹贝塞尔光束能突破这个限制，从而提高太赫兹成像的分辨率，这种技术被广泛应用于安检和材料缺陷检测中。另外，通过引入不同拓扑核的螺旋相位，还可以产生高阶的贝塞尔涡旋光束。这种携带有轨道角动量(OAM)的特殊光束可以用于粒子操控光镊、基于OAM模式复用的大容量太赫兹通讯、激光微加工、超分辨显微成像、量子测量、编码等领域。目前产生太赫兹贝塞尔光束的方法主要有聚合物锥透镜、设计有V型天线的超构表面、拼接不同光轴方向的半波片等。这些产生方法的弊端在于器件的大型化、加工困难、效率低等方面，迫切地需要一种高效简便、低成本、轻薄化的器件产生太赫兹贝塞尔光束。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种太赫兹贝塞尔光束产生器、制备方法及产生系统，以产生太赫兹贝塞尔光束，该太赫兹贝塞尔光束产生器具有宽波段适用、小型化易集成、高效简便、成本低、轻薄化的特点。第一方面，本专利技术实施例提供一种太赫兹贝塞尔光束产生器，包括一液晶聚合物膜；沿第一方向，所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；沿所述第二方向，所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与所述第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生太赫兹贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板；其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。可选的，所述液晶聚合物膜的厚度d满足：150μm≤d≤350μm。第二方面，本专利技术实施例还提供一种太赫兹贝塞尔光束产生系统，包括上述任意一种太赫兹贝塞尔光束产生器，还包括：光导天线，所述光导天线用于将太赫兹发射器出射的太赫兹光调制为线偏振太赫兹光束；金属抛物面镜，所述金属抛物面镜的镜面位于所述光导天线的出射光路上，所述金属抛物面镜用于对所述线偏振太赫兹光束进行聚焦和准直；斩波器，所述斩波器用于将线偏振太赫兹光束转换为脉冲光束；第一四分之一波片，所述第一四分之一波片用于将线偏振太赫兹光束转换成圆偏振太赫兹光束；所述太赫兹贝塞尔光束产生器用于将圆偏振太赫兹光束转换为太赫兹贝塞尔光束；第二四分之一波片，所述第二四分之一波片用于将圆偏振太赫兹光束转换为线偏振太赫兹光束；光导天线探针，所述光导天线探针用于探测太赫兹贝塞尔光束；其中，所述斩波器、所述第一四分之一波片、所述太赫兹贝塞尔光束产生器、所述第二四分之一波片以及所述光导天线探针与所述金属抛物面镜共光轴，且沿所述金属抛物面镜出射光方向依次排列。第三方面，本专利技术实施例还提供一种太赫兹贝塞尔光束产生器的制备方法，包括：提供第一基板和第二基板；分别在所述第一基板一侧和所述第二基板的一侧形成光控取向膜；在所述第一基板设置有所述光控取向膜的一侧形成间隔子，并将所述第二基板与所述第一基板封装，所述第二基板设置有所述光控取向膜的一侧朝向所述第一基板；对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以使所述光控取向膜的分子指向矢形成控制图形；其中，所述控制图形满足：在第一方向，所述光控取向膜的分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；在第二方向，所述光控取向膜的分子指向矢与所述第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；在所述第一基板和所述第二基板之间灌注液晶聚合物前驱体，所述控制图形控制所述液晶聚合物前驱体中液晶分子指向矢在按照所述控制图形的排布方式分布；对所述液晶聚合物前驱体进行紫外光照射，以使所述液晶聚合物前驱体形成液晶聚合物膜。可选的，在对所述液晶聚合物前驱体进行紫外光照射，以使所述液晶聚合物前驱体形成液晶聚合物膜之后，还包括：将所述第一基板和所述第二基板分离，取出所述液晶聚合物膜。可选的，分别在所述第一基板一侧和所述第二基板一侧形成光控取向膜之前，还包括：对所述第一基板和所述第二基板进行预处理；所述预处理包括：将所述第一基板和所述第二基板用清洗液超声清洗10-30分钟，再用超纯水超声清洗三次，每次各3-5分钟，然后在80℃-140℃烘箱中烘干60-90分钟，最后进行紫外光臭氧清洗40-60分钟。可选的，所述第一基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片、聚酰亚胺中的任意一种；所述第二基板包括硅酸盐玻璃、石英玻璃、硅片、聚酰亚胺中的任意一种。可选的，在所述第一基板和所述第二基板之间灌注液晶聚合物前驱体时的温度为120℃-140℃。可选的，对所述液晶聚合物前驱体进行紫外光照射的时间设置为30-40分钟，紫外光照射的功率设置为10mW/cm2-16mW/cm2。可选的，所述液晶聚合物前驱体中包括液晶聚合物单体和光引发剂，所述光引发剂用于催化所述液晶聚合物单体在紫外光照射下聚合。本专利技术实施例提供的太赫兹贝塞尔光束产生器包括一液晶聚合物膜；沿第一方向，液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；沿第二方向，液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生太赫兹贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板；其中，第一方向与第二方向垂直。通过设置在第一方向和第二方向，液晶聚合物中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布，入射的圆偏振太赫兹光经过该液晶聚合物膜后，出射的正交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹贝塞尔光束产生器，其特征在于，包括一液晶聚合物膜；/n沿第一方向，所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；沿所述第二方向，所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与所述第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生太赫兹贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板；/n其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。/n

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹贝塞尔光束产生器，其特征在于，包括一液晶聚合物膜；
沿第一方向，所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布；沿所述第二方向，所述液晶聚合物膜中液晶分子指向矢与所述第二方向的夹角呈周期性0°-180°渐变分布，以形成产生太赫兹贝塞尔光束所需要的锥透镜相位模板；
其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。


2.根据权利要求1所述的太赫兹贝塞尔光束产生器，其特征在于，所述液晶聚合物膜的厚度d满足：
150μm≤d≤350μm。


3.一种太赫兹贝塞尔光束产生系统，其特征在于，包括权利要求1或2所述的太赫兹贝塞尔光束产生器，还包括：
光导天线，所述光导天线用于将太赫兹发射器出射的太赫兹光调制为线偏振太赫兹光束；
金属抛物面镜，所述金属抛物面镜的镜面位于所述光导天线的出射光路上，所述金属抛物面镜用于对所述线偏振太赫兹光束进行聚焦和准直；
斩波器，所述斩波器用于将线偏振太赫兹光束转换为脉冲光束；
第一四分之一波片，所述第一四分之一波片用于将线偏振太赫兹光束转换成圆偏振太赫兹光束；
所述太赫兹贝塞尔光束产生器用于将圆偏振太赫兹光束转换为太赫兹贝塞尔光束；
第二四分之一波片，所述第二四分之一波片用于将圆偏振太赫兹光束转换为线偏振太赫兹光束；
光导天线探针，所述光导天线探针用于探测太赫兹贝塞尔光束；
其中，所述斩波器、所述第一四分之一波片、所述太赫兹贝塞尔光束产生器、所述第二四分之一波片以及所述光导天线探针与所述金属抛物面镜共光轴，且沿所述金属抛物面镜出射光方向依次排列。


4.一种太赫兹贝塞尔光束产生器的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一基板和第二基板；
分别在所述第一基板一侧和所述第二基板的一侧形成光控取向膜；
在所述第一基板设置有所述光控取向膜的一侧形成间隔子，并将所述第二基板与所述第一基板封装，所述第二基板设置有所述光控取向膜的一侧朝向所述第一基板；
对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以使所述光控取向膜的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，沈志雄，周胜航，魏挺，陆延青，徐飞，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32