【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太赫兹光电器件，尤其是涉及一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器。
技术介绍
1、太赫兹(thz)波的频率介于电磁辐射毫米波波段的高频区(0.1thz)到低频率的远红外光谱区(30thz)之间，兼具高频率(空间分辨率高)、短脉冲(时间分辨率高)、超宽带、低能性、高透性、指纹性等诸多优势特性,在航空航天、无线通信、国防安全、材料科学、生物医疗等领域具有重要的应用前景。
2、太赫兹波发生器是太赫兹系统的关键组成部分。目前常用于飞秒激光泵浦的太赫兹发生器辐射源主要包括：基于光整流效应的碲化锌(znte)和光电导天线中低温生长的砷化镓(lt-gaas)。这两种方法尽管比较成熟，产生的thz脉冲强度高，稳定性也好，但其材料制备复杂、饱和能量密度低、成本过高等因素限制了太赫兹器件的广泛应用。因此，研制结构简单、高效率、高稳定性、低成本的太赫兹波发生器，对太赫兹领域的发展具有重要意义。
3、近年来，基于铁磁/非磁异质结薄膜的太赫兹波发生器技术掀起一波研究热潮。在逆自旋霍尔效应的研究基础上，人们发现铁磁性材料在吸收飞秒激光的泵浦光能量后，其电子能够从费米面下d带跃迁到费米面以上的能带，产生非平衡的电子分布。而由于受激发的自旋向上电子呈现sp电子特性，而向下电子呈现d电子特性，则会导致自旋向上和向下电子态密度存在明显差异，结果产生了从铁磁层到相邻非磁层的瞬时自旋极化传输，即超快自旋流。同时，由于逆自旋霍尔效应，注入非磁层的超快自旋流会转变成超快电荷流，从而辐射出宽带thz脉冲。然而，这种自旋电子太赫兹发生器在
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种新的基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，包括飞秒激光器和面内磁各向异性多层膜，所述飞秒激光器位于面内磁各向异性多层膜的入光面一侧，用于产生飞秒脉冲激光；所述面内磁各向异性多层膜包括依次设置的绝缘衬底、铁磁层、非磁性层及防氧化层，所述绝缘衬底和防氧化层任意一侧为所述入光面；所述面内磁各向异性多层膜用于产生太赫兹波。
4、在本专利技术的一个实施方式中，基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器还包括可旋转样品架，所述可旋转样品架用于支撑所述面内磁各向异性多层膜，磁各向异性多层膜膜面平行于空间坐标轴x、y方向，垂直于磁各向异性多层膜膜面的方向为空间坐标轴z方向，所述面内磁各向异性多层膜沿z方向依次是绝缘衬底、铁磁层、非磁性层及防氧化层；
5、所述旋转样品架旋转方向与磁各向异性多层膜膜面平行，以z方向为轴进行旋转。
6、在本专利技术的一个实施方式中，所述绝缘衬底两表面均为抛光面，所述绝缘衬底选自以下材料之一：mgo、al2o3、laalo3、srtio3、tio2、zro2、zno。
7、在本专利技术的一个实施方式中，所述铁磁层的厚度范围为1nm-10nm，所述非磁性层的厚度范围为1nm-10nm，所述防氧化层的厚度范围为1nm-10nm，这里的厚度范围均包括端点值。
8、在本专利技术的一个实施方式中，所述铁磁层具有面内单轴各向异性和双轴各向异性其中之一。
9、在本专利技术的一个实施方式中，所述铁磁层材料选自fe、co、ni，cofe，feni，cofeb、co2feal、co2fesi、fe3si、comnsi、gdfe、tbfe、gdfeco或tbfeco中的一种。
10、在本专利技术的一个实施方式中，所述非磁性层材料选自：
11、pt、au、ta、pd、ir、w、bi、pb、hf或y中的一种或几种的组合；或，
12、irmn、ptmn、aumn、bi2se3或bi2te3中的一种。
13、在本专利技术的一个实施方式中，所述防氧化层材料选自弱自旋轨道耦合金属材料或氧化物材料中的一种或几种的组合，所述金属材料选自al或cu等，所述氧化物选自sio2、al2o3或mgo等。
14、在本专利技术的一个实施方式中，所述防氧化层为mgo/co2feal/pt/al多层膜，其中，mgo为绝缘衬底，co2feal为铁磁层，pt为非磁性层，al为防氧化层，且所述铁磁层的厚度为5nm，所述非磁性层的厚度为3nm，所述防氧化层的厚度为2nm。
15、本专利技术中内磁各向异性多层膜为一种铁磁/非磁异质结构。本专利技术通过非磁性层材料优化、铁磁层、非磁性层等厚度优化、衬底及多层膜晶体结构的优化，该发生器的太赫兹能量转换效率可优于znte(110)等基于非线性晶体辐射源的商用太赫兹发生器。
16、本专利技术首次采用面内磁各向异性多层膜作为辐射源，利用其自身所具备的强面内磁各向异性场，将其磁化强度固定在某一磁化轴方向。当所述飞秒激光器输出的泵浦光作用到面内磁各向异性多层膜时，磁性材料产生超快自旋流，并且注入到具有强自旋轨道耦合作用的非磁层中。由于逆自旋霍尔效应，非磁层中的超快自旋流将转化为超快电荷流，从而产生太赫兹辐射。
17、相较于现有技术，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：
18、本专利技术利用铁磁/非磁异质结的超快自旋流注入与逆自旋霍尔效应来产生太赫兹波，有效解决了自旋电子太赫兹波发射系统中始终需要外部磁场发生器施加外磁场的问题，降低了太赫兹系统的复杂度和集成难度。
19、该发生器利用部分铁磁性材料自身所具备的面内磁各向异性，初始磁化饱和后，可将其磁化强度始终钉扎在易磁化轴方向，代替了自旋电子太赫兹系统中必不可少的磁场发生器，有效降低了系统复杂度，提高了便捷性和实用性。
20、同时，将铁磁/非磁性金属异质结构固定于可旋转支架，可任意旋转铁磁薄膜的磁化强度取向，从而实现对太赫兹波偏振方向的调制。
21、本专利技术太赫兹发生器发射原理独特，自旋电子太赫兹发生器能够产生与非线性晶体可比拟的发射功率、频谱和更高的饱和能量密度，且其结构简单、成本低廉、偏振方向可调。
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1.一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，包括飞秒脉冲激光器和面内磁各向异性多层膜(200)，所述飞秒激光器位于面内磁各向异性多层膜的入光面一侧，用于产生飞秒脉冲激光(100)；所述面内磁各向异性多层膜(200)包括依次设置的绝缘衬底(210)、铁磁层(220)、非磁性层(230)及防氧化层(240)，所述防氧化层(240)和绝缘衬底(210)任意一侧为所述入光面；所述面内磁各向异性多层膜(200)用于产生太赫兹波。
2.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器还包括可旋转样品架(300)，所述可旋转样品架(300)用于支撑所述面内磁各向异性多层膜(200)，磁各向异性多层膜(200)膜面平行于空间坐标轴x、y方向，垂直于磁各向异性多层膜(200)膜面的方向为空间坐标轴z方向，所述面内磁各向异性多层膜(200)沿z方向依次是绝缘衬底(210)、铁磁层(220)、非磁性层(230)及防氧化层(240)；
3.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，所述铁磁层(220)的厚度范围为1nm-10nm，所述非磁性层(230)的厚度范围为1nm-10nm，所述防氧化层(240)的厚度范围为1nm-10nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，所述铁磁层(220)具有面内单轴各向异性和双轴各向异性其中之一。
6.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，所述铁磁层(220)材料选自Fe、Co、Ni，CoFe，FeNi，CoFeB、Co2FeAl、Co2FeSi、Fe3Si、CoMnSi、GdFe、TbFe、GdFeCo或TbFeCo中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，所述非磁性层(230)材料选自：
8.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，所述防氧化层(240)材料选自弱自旋轨道耦合金属材料或氧化物材料中的一种或几种的组合，所述金属材料选自Al或Cu，所述氧化物选自SiO2、Al2O3或MgO。
9.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，所述防氧化层(240)为MgO/Co2FeAl/Pt/Al多层膜，其中，MgO为绝缘衬底，Co2FeAl为铁磁层，Pt为非磁性层，Al为防氧化层。
10.根据权利要求9所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，所述铁磁层的厚度为5nm，所述非磁性层的厚度为3nm，所述防氧化层的厚度为2nm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，包括飞秒脉冲激光器和面内磁各向异性多层膜(200)，所述飞秒激光器位于面内磁各向异性多层膜的入光面一侧，用于产生飞秒脉冲激光(100)；所述面内磁各向异性多层膜(200)包括依次设置的绝缘衬底(210)、铁磁层(220)、非磁性层(230)及防氧化层(240)，所述防氧化层(240)和绝缘衬底(210)任意一侧为所述入光面；所述面内磁各向异性多层膜(200)用于产生太赫兹波。
2.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器还包括可旋转样品架(300)，所述可旋转样品架(300)用于支撑所述面内磁各向异性多层膜(200)，磁各向异性多层膜(200)膜面平行于空间坐标轴x、y方向，垂直于磁各向异性多层膜(200)膜面的方向为空间坐标轴z方向，所述面内磁各向异性多层膜(200)沿z方向依次是绝缘衬底(210)、铁磁层(220)、非磁性层(230)及防氧化层(240)；
3.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，所述绝缘衬底(210)两表面均为抛光面，所述绝缘衬底(210)选自以下材料之一：mgo、al2o3、laalo3、srtio3、tio2、zro2、zno。
4.根据权利要求1所述的一种基于面内磁各向异性的太赫兹波发生器，其特征在于，所述铁磁层(220)的厚度范围为1nm-10nm，所述非磁性层(2...
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