一种自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器及应用，包括玻璃衬底、自旋太赫兹薄膜、磁铁对，自旋太赫兹薄膜是由铁磁材料层和重金属非磁材料层A以及重金属非磁材料层B组成，其中铁磁材料层设置在玻璃衬底的上表面，重金属非磁材料层A、重金属非磁材料层B呈螺旋状交替排列分布在铁磁材料层的外表面。本发明专利技术结构简单，通过在铁磁材料上制备特殊排布的两种自旋霍尔角大小相等、方向相反的重金属非磁材料层，构建螺旋自旋太赫兹菲涅尔波带片，使得产生的涡旋自旋太赫兹波具有汇聚功能，提升涡旋自旋太赫兹发射器的集成度。自旋太赫兹发射器的集成度。自旋太赫兹发射器的集成度。

【技术实现步骤摘要】
一种自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器及应用


[0001]本专利技术涉及自旋太赫兹发射设备
，具体是一种自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器及应用。

技术介绍

[0002]太赫兹频段位于红外和微波之间(频率0.1
‑
10THz)，兼具宽带性、低能性、高透性、唯一性等诸多优势特性，其在无损检测、卫星通信、医疗诊断、卫星通信等领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。自旋太赫兹源因其独特的太赫兹产生机理，具有低成本、高效率等优势，是未来太赫兹技术的重要发展方向。
[0003]由于涡旋太赫兹波携带轨道角动量，其在太赫兹通信、太赫兹波与物质相互作用等领域具有重要的应用前景。然而，现有的涡旋太赫兹波的产生大都采用太赫兹波透过特殊结构的元件来或被特殊结构的元器件反射来产生，因此首先需要太赫兹源产生太赫兹波，其次将产生的太赫兹波转换为涡旋太赫兹波，需要两个过程，涡旋太赫兹波的产生效率低。
[0004]此外，由于现有太赫兹设备包括太赫兹源、太赫兹准直透镜等一系列元器件，用于产生、准直、聚焦太赫兹波，其系统集成度低、体积较大。菲涅尔波带片可对光波进行准直或聚焦，具有尺寸小、厚度薄、制作工艺简单等特性。然而现有的太赫兹菲涅波带片不能产生聚焦的涡旋太赫兹波，为此我们提出一种自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器及应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器及应用，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器，包括玻璃衬底、自旋太赫兹薄膜、磁铁对，所述自旋太赫兹薄膜是由铁磁材料层和重金属非磁材料层A以及重金属非磁材料层B组成，其中铁磁材料层设置在玻璃衬底的上表面，重金属非磁材料层A、重金属非磁材料层B呈螺旋状交替排列分布在铁磁材料层的外表面。
[0007]作为本专利技术进一步的方案：所述重金属非磁材料层A、重金属非磁材料层B中材料的自旋霍尔角大小相等且方向相反。
[0008]作为本专利技术进一步的方案：所述重金属非磁材料层A或重金属非磁材料层B在点(x,y)处分布满足如下公式其中n为正整数，n为当奇数或偶数时分别对应重金属非磁材料层A或重金属非磁材料层B；l为产生涡旋太赫兹波的拓扑何数；f是该自旋太赫兹发射器的焦距；λ是聚焦自旋太赫兹的中心波长，其满足λ＝c/f0,其中c为光速，f0为对应太赫兹波的频率。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：所述磁铁对固定于玻璃衬底的两面，且其相对两面的磁极相反。
[0010]本专利技术的另一个专利技术目的是提供上述一种自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器的应用，
其用于涡旋自旋太赫兹波产生及聚焦准直。
[0011]作为本专利技术进一步的方案：涡旋自旋太赫兹波产生及聚焦准直的步骤如下：
[0012]S1利用磁铁对对自旋太赫兹薄膜的铁磁材料层进行磁化，
[0013]S2将飞秒激光沿+z方向照射到自旋太赫兹薄膜上，基于磁性层同非磁性层间的逆霍尔效应，在铁磁材料层和重金属非磁材料层A，或铁磁材料层和重金属非磁材料层B的界面处均产生超快电荷流，且两者的超快电荷流方向相反，进而产生相位相差180
°
、偏振方向垂直于磁场方向的太赫兹波辐射；
[0014]S3控制各个环状重金属非磁材料层A或重金属非磁材料层B的螺旋形状，实现特定波段太赫兹波的干涉相长，实现自聚焦涡旋太赫兹波的产生。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016]1、通过在铁磁材料上制备特殊排布的两种自旋霍尔角大小相等、方向相反的重金属非磁材料层，构建螺旋自旋太赫兹菲涅尔波带片，使得产生的涡旋自旋太赫兹波具有汇聚功能，提升涡旋自旋太赫兹发射器的集成度。
[0017]2、通过改变两种重金属材料的螺旋形式，可产生任意高阶的自聚焦涡旋太赫兹波。
附图说明
[0018]图1为本专利技术产生拓扑荷数l＝1的自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器的结构示意图；
[0019]图2为本专利技术x
‑
z平面上该自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器产生频率f0＝1THz、拓扑荷数l＝1的太赫兹波的光场分布；
[0020]图3为本专利技术在焦平面(z＝5cm)上该自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器产生频率f0＝1THz、拓扑荷数l＝1的太赫兹波的相位分布；
[0021]图4为本专利技术产生拓扑荷数l＝
‑
1的自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器的结构示意图；
[0022]图5为本专利技术x
‑
z平面上该自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器产生频率f0＝1THz、拓扑荷数l＝
‑
1的太赫兹波的光场分布；
[0023]图6为本专利技术在焦平面(z＝5cm)上该自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器产生频率f0＝1THz、拓扑荷数l＝
‑
1的太赫兹波的相位分布；
[0024]图7为本专利技术产生拓扑荷数l＝3的自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器的结构示意图；
[0025]图8为本专利技术x
‑
z平面上该自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器产生频率f0＝1THz、拓扑荷数l＝3的太赫兹波的光场分布；
[0026]图9为本专利技术在焦平面(z＝5cm)上该自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器产生频率f0＝1THz、拓扑荷数l＝3的太赫兹波的相位分布；
[0027]附图标记为：101、玻璃衬底；102、铁磁材料层；103、重金属非磁材料层A；104、重金属非磁材料层B；105、磁铁对。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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。
[0029]请参阅图1
‑
9，本专利技术实施例中，如附图1，实施例中一种自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器，包括玻璃衬底101、自旋太赫兹薄膜、磁铁对105，其中自旋太赫兹薄膜由铁磁材料层102和重金属非磁材料层A103、重金属非磁材料层B104组成，铁磁材料层102设置在玻璃衬底101的上表面，重金属非磁材料层A103、重金属非磁材料层B104呈螺旋状交替排列分布在铁磁材料层102的外表面。
[0030]作为本专利技术一种优选的技术方案，本专利技术中铁磁材料层是由钴铁硼通过磁控溅射法沉积在玻璃衬底上；
[0031]重金属非磁材料层A是由铂利用光刻、掩模版等技术形成；
[0032]重金属非磁材料层B是由钨利用光刻、掩模版等技术形成，重金属非磁材料层A和重金属非磁材料层B的位置可互换。
[0033]铁磁材料层102、重金属非磁材料层A103、重金属非磁材料层B104的厚度相同，优选为2nm。
[0034]所述重金属非磁材料层A103、重金属非磁材料层B104的自旋霍尔角大小相等且方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器，包括玻璃衬底(101)、自旋太赫兹薄膜、磁铁对(105)，所述自旋太赫兹薄膜是由铁磁材料层(102)和重金属非磁材料层A(103)以及重金属非磁材料层B(104)组成，其中铁磁材料层(102)设置在玻璃衬底(101)的上表面，其特征在于，重金属非磁材料层A(103)、重金属非磁材料层B(104)呈螺旋状交替排列分布在铁磁材料层(102)的外表面。2.根据权利要求1所述的自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器，其特征在于：所述重金属非磁材料层A(103)、重金属非磁材料层B(104)中材料的自旋霍尔角大小相等且方向相反。3.根据权利要求1所述的自聚焦涡旋自旋太赫兹发射器，其特征在于：所述重金属非磁材料层A(103)或重金属非磁材料层B(104)在点(x,y)处分布满足如下公式其中n为正整数，n为当奇数或偶数时分别对应重金属非磁材料层A(103)或重金属非磁材料层B(104)；l为产生涡旋太赫兹波的拓扑何数；f是该自旋太赫兹发射器的焦距；λ是聚焦自旋太赫兹的中心波长，其满足λ＝c/f0,其中c为光速，f0为对应太赫兹波的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓强，许涌，张帆，张悦，赵巍胜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学合肥创新研究院，
类型：发明
国别省市：