一种室温光激发氧化锌声子振动太赫兹激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于声子振动激发的太赫兹激光器，包括谐振腔，所述谐振腔由Ag/柔性支撑层/ZnO

【技术实现步骤摘要】
一种室温光激发氧化锌声子振动太赫兹激光器


[0001]本专利技术属于太赫兹激光器领域，涉及一种声子振动的方式辐射太赫兹波实现室温下长波长太赫兹信号输出的太赫兹激光器。

技术介绍

[0002]电磁波谱的太赫兹（THz）区域频率范围为0.1 ~ 10 THz，介于红外波段与微波波段之间。人们对红外波与微波的相关技术发展较为成熟，但介于它们之间的 THz 波却与这些技术不相容，人们称其为 THz 间隙（THz Gap）（B. Ferguson et al., Nat. Mater. 2002, 1, 26
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33）。然而THz 波穿透性强、能量低、生物损害小，在半导体、医疗、制造、国防工业等很多领域都可以大展身手。因此在最近几十年，THz 波是发展最快的光谱区之一，人们不断地引进THz 技术中新的工作机制和新材料。
[0003]制备高性能的THz源是发展THz 技术的重要手段之一。目前已研制出多种不同种类的 THz 辐射源，按照泵浦源大致分为两类：第一，光泵浦，利用脉冲激光或激光器由非线性光学效应来产生 THz 辐射。如光学整流、差频产生或光学参量振荡。目前受到关注的非线性介质有GaAs、GaSe、GaP、ZnTe、CdTe和 LiNbO3等。这种方法实验条件较为简单，容易操作，但转换效率较低，有待进一步寻找更有效的材料。第二，电泵浦，通过注入电子来产生THz辐射。目前使用最广泛的是太赫兹量子级联激光器（THz
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QCL），THz 波通过量子阱子带间的电子弛豫而发射。该方法获得的THz信号功率较强，转换效率高，但实验条件苛刻，需要在低温下工作，同时辐射频率较高（高于1 THz）。除了以上两种主要的 THz 源，还有许多THz辐射器件，如共振隧穿二极管、THz 等离子体光电混合器和布洛赫振荡器、CO2激光器泵浦气体分子产生THz辐射等等。随着材料与技术的日新月异，更多的 THz 源将被发展与应用。
[0004]目前已有的THz 源各有优缺点。如何制备出同时满足室温下工作、高频长波长辐射，并具有尽可能高的功率和转换效率等优点的THz源，仍是一个挑战。而本专利技术所提供的THz激光器正具有长波长、高功率、小体积并能在室温条件下工作的特点。微小型THz激光器件将在众多领域得到应用，比如6G通信、航空航天、安全检测、医疗等，特别是在微机电系统（MEMS）里是一个不可或缺的核心器件。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种声子振动的方式辐射太赫兹波实现室温下长波长太赫兹信号输出的太赫兹激光器。
[0006]实现本专利技术目的技术解决方案是：一种基于声子振动激发的太赫兹激光器，包括谐振腔，所述谐振腔由Ag/柔性支撑层/ZnO
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M薄膜制成的中空波导管及其设置在波导管两端的光学透镜构成，其中，M代表纳米金属颗粒。
[0007]较佳的，波导管输入端的光学透镜为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄片，输出端的光学透镜为THz带通滤波片。
[0008]较佳的，Ag/柔性支撑层/ZnO
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M薄膜，由内至外，包括依次连接的ZnO介晶微米球
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纳米金属颗粒薄膜（简称ZnO
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M薄膜）、柔性支撑层和纳米Ag反射增强薄膜。
[0009]具体的，ZnO
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M薄膜通过粘结剂将ZnO介晶微米球与纳米金属颗粒紧密接触混合后固定在柔性支撑层上。
[0010]具体的，ZnO介晶微米球与纳米金属颗粒的直径比为。
[0011]具体的，ZnO介晶微米球的平均尺寸为1~5 μm，其表面是由大量密集排列的纳米片组成的，这些纳米片呈放射状分布。
[0012]具体的，ZnO
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M薄膜通过将氧化锌介晶微米球与纳米金属颗粒紧密接触混合后，再与粘结剂充分混合溶于有机溶剂中，超声震荡所得的悬浊液，以旋涂法固定在柔性支撑层上得到。
[0013]更具体的，粘结剂采用PMMA，PMMA为网状结构，将ZnO介晶微米球与纳米金属颗粒固定在柔性支撑层上。
[0014]较佳的，纳米金属颗粒为具有优良的表面增强拉曼散射效应的金属颗粒，优选Au、Ag、Cu等，更优选纳米Ag颗粒，其中，纳米Ag颗粒的尺寸为5 ~ 15 nm。
[0015]较佳的，柔性支撑层为具有优良的柔韧性、稳定性与介电性能，对太赫兹信号的损耗较小的薄膜，优选聚酰亚胺（PI）薄膜，PI薄膜可以通过旋涂法得到。
[0016]较佳的，纳米Ag反射增强薄膜为具有良好的柔韧性以及对电磁波优良的反射性的相对光滑的薄膜，可以通过磁控溅射法得到，薄膜厚度大于106 nm，优选为191 nm。
[0017]较佳的，谐振腔的腔长设为，，为正整数， 优选为30 ~ 80。
[0018]较佳的，该太赫兹激光器采用波长为514.5 nm的氩离子激光器为激发源，该绿光激光经波导管输入端的光学透镜入射至波导管内。
[0019]具体的，激光经波导管输入端的光学透镜入射至波导管内，其中，激光入射方向与波导管壁夹角为30度。
[0020]本专利技术还提供了一种基于声子振动激发的太赫兹激光器的谐振腔，所述谐振腔由Ag/柔性支撑层/ZnO
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M薄膜制成的中空波导管及其设置在波导管两端的光学透镜构成，其中，M代表纳米金属颗粒。
[0021]本专利技术还提供了一种基于声子振动激发的太赫兹激光器的中空波导管，所述中空波导管由Ag/柔性支撑层/ZnO
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M薄膜制成中空结构。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的主要特点和优势如下：1. 以氧化锌介晶微米球为源，激光激发诱导氧化锌微球上的纳米片的对称伸缩振动，该振动通过纳米片之间的弹性与电耦合传播，以声子振动的方式向外辐射频率为0.36 THz的太赫兹波。
[0023]2. 本专利技术为了提高器件的能量转换效率，将氧化锌介晶微米球与纳米金属颗粒均匀混合，以利用纳米金属颗粒表面增强拉曼散射效应（SERS），在颗粒表面附近几纳米处产生强的局域电场，通过纳米金属颗粒与ZnO介晶微米球的充分接触，极大地改变ZnO介晶微米球悬臂纳米片的极化率，进而增强其太赫兹辐射功率。
[0024]3. 本专利技术同时实现了室温工作、长波长辐射与较高的功率和转换效率。
[0025]4. 本专利技术实验条件简单易行，采用的材料成本较低且无毒，易于大规模推广。
附图说明
[0026]图1为本专利技术中氧化锌介晶微米球的扫描电子显微镜图。
[0027]图2为本专利技术中氧化锌介晶微米球的低频拉曼谱图。
[0028]图3为本专利技术中波导管与谐振腔的设计过程，其中，（a）为中空波导管的截面示意图，（b）为谐振腔的设计图，（c）为太赫兹激光器的工作示意图。
[0029]图4为本专利技术中Ag/PI/PMMA/ZnO
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M薄膜的制备过程，其中，（a）为旋涂在硅片上的PI薄膜，（b）为从硅片上剥离的PI/PMMA/ZnO
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声子振动激发的太赫兹激光器，包括谐振腔，其特征在于，所述谐振腔由Ag/柔性支撑层/ZnO
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M薄膜制成的中空波导管及其设置在波导管两端的光学透镜构成，其中，M代表纳米金属颗粒。2.如权利要求1所述的太赫兹激光器，其特征在于，Ag/柔性支撑层/ZnO
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M薄膜，由内至外，包括依次连接的ZnO介晶微米球
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纳米金属颗粒薄膜、柔性支撑层和纳米Ag反射增强薄膜。3.如权利要求2所述的太赫兹激光器，其特征在于，ZnO介晶微米球
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纳米金属颗粒薄膜通过粘结剂将ZnO介晶微米球与纳米金属颗粒紧密接触混合后固定在柔性支撑层上。4.如权利要求2所述的太赫兹激光器，其特征在于，ZnO介晶微米球
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纳米金属颗粒薄膜通过将ZnO介晶微米球与纳米金属颗粒紧密接触混合后，再与粘结剂充分混合溶于有机溶剂中，超声震荡所得的悬浊液，以旋涂法固定在柔性支撑层上得到。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兴龙，杨润，汪毅贤，沈剑沧，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：