太赫波的生成制造技术

一种THz光子生成方法，所述方法包括以下的步骤：提供磁振子增益介质； 其中所述磁振子增益介质有助于生成非平衡磁振子；以及将非平衡电子注入所述磁 振子增益介质内。非平衡电子在所述磁振子增益介质中的传播导致了生成所述非平 衡磁振子。在非平衡磁振子之间的相互作用导致了THz光子的生成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及太赫波的生成。
技术介绍
太赫(THz)辐射， 一种处于0.1THz至10THz的频率间隔中的电磁辐射，其 占据着电磁波谱中的微波波段和红外波段之间的那一部分。THz光子的能量小于可见光光子的能量。这就是为什么以THz方式可穿透 至物质深处而光波则不能穿透很深的原因。处于THz频率时分子会发生振动。 这就是为什么太赫波有利于分子研究的原因。确实，在THz范围内分子独特的旋转和振动响应可提供一般情况下在可见 光、X光和NMR图像中不存在的信息。THz波可轻易地穿透和检查大部分介 电材料的内部，这些介电材料对于可见光而言是不透明的且对于X光而言对比 度较低，使得THz波成为有用的互补成像源。例如，太赫波在某些普通材料诸如衣物、塑料、木材、砂粒和土壤中维持 合理的穿透深度。因此，THz技术有潜力去检测封装或掩埋在这些材料中的爆 炸物，因为当与环境材料作比较时，爆炸物具有独特的THz频谱特性。爆炸物 材料的指纹图谱可在THz波段中预料到，且THz图像可应用于地雷探测。但目前来说，有效的、紧凑的、频谱范围在0.1-10 THz的固态源仍然缺乏。确实，宽带脉冲THz源通常是基于用超短激光脉冲对不同材料进行激发。 人们已开拓了多种不同的机理来生成THz辐射，包括光电导天线中的光载波加 速、电光晶体中的二阶非线性效应等。目前，所有这些源中的转化效率都很低, 因此，射束功率在纳瓦至微瓦的范围内，而飞秒光源的平均功率则为1W的量 级(order)。对于窄带THz源来说，经常会考虑固态激光。它们是基于在窄带隙半导体 中的带间跃迁或是基于子带之间的跃迁，即在量子受限结构(例如纳米结构)中受限的传导态或价态之间的跃迁。为了从直接带间跃迁中取得THz辐射，需要接近零的带隙半导体。对于子带间的跃迁，可使用传统的宽带隙材料，但需要 精确复杂的结构。目前用于激光发射的多量子阱半导体结构的构造是可行的。 量子级联由重复结构组成，其中每一重复单元由注入器和有源区构成。在有源区内，存在布居反转(population inversion),并且会发生电子跃迁到较低的能级， 从而以特定的波长发射光子。最近，Kohler等人(Nature 417, 156 (2002))设计了 一种以4.4THz操作的THz量子级联激光器。该激光器由总共700多个量子阱 组成，并论证了在IOK温度下的脉冲运作。详情请参阅文献，例如B.Ferguson 和X.C. Zhang, Nat. Matter, 26 (2002)。最近，M. Dyakonov和M.S. Shur提出在THz应用方面使用等离子体波电 子技术。请参见Phys. Rev. Lett. 71, 2465 (1993)。他们认为,场效应晶体管的通 道可作为等离子体波谐振腔。对于微米或亚微米栅极长度，这种谐振腔的基频 处于THz范围内。由于电磁辐射可激发等离子体波，这样一种装置可用于谐振 检测并以THz频率使电磁辐射混合。在某些条件下，场效应晶体管中带直流电 的稳定状态在对抗等离子体波的自发生成方面是不稳定的，这应会导致产生电 磁辐射。但是，如果在接点处的损失尚可接受，则可抑制等离子体的不稳定性。还在Cu20中观察到了激子之间的跃迁所产生的受激太赫发射。请参见R. Hubes， B. Schmid, Y. Ron Shen， D. S. Chemla禾B R. A. Kindl, Phys. Rev. Lett, 96: 017402 (2006)。
技术实现思路
本专利技术提供一种THz光子的生成方法和装置。 本专利技术的一个方面涉及一种THz光子生成方法。在一实施方案中，本专利技术的方法包括以下步骤(A)提供磁振子增益介质； 其中磁振子增益介质有助于生成非平衡磁振子；以及(B)在磁振子增益介质内生 成非平衡磁振子；其中，非平衡磁振子之间的相互作用导致光子生成。在本专利技术的一实施方案中，步骤(A)进一步包括(Al)将磁振子增益介质置 于恒温器内，以使磁振子增益介质的温度保持在临界温度之下。在本专利技术的一实施方案中，步骤(A)进一步包括(A2)从包含以下材料的组7中选择磁振子增益介质{铁磁半导体；铁磁绝缘体；以及铁磁材料〉。在本专利技术的一实施方案中，步骤(A2)进一步包括(A2， l)将包括被选铁磁 材料的磁振子增益介质置于恒温器内，以使该被选铁磁材料的温度保持在其居 里温度之下。在本专利技术的一实施方案中，步骤(B)进一步包括(Bl)将非平衡电子注入磁 振子增益介质内；其中，非平衡电子在磁振子增益介质中的传播导致生成非平 衡磁振子；以及其中，非平衡磁振子之间的相互作用导致光子的生成。在本专利技术的一实施方案中，步骤(B1)进一步包括将非平衡电子泵入磁振 子增益介质内。在本专利技术的一实施方案中，步骤(B1)进一步包括将极化的非平衡电子泵 入磁振子增益介质内。在本专利技术的一实施方案中，步骤(B1)进一步包括将足够数量的极化非平 衡电子泵入磁振子增益介质内，以导致在磁振子增益介质内生成非平衡磁振 子。在本专利技术的一实施方案中，步骤(B1)进一步包括将阈值数量的极化非平 衡电子泵入磁振子增益介质内，其中，泵入的阈值数量的极化非平衡电子足以 在磁振子增益介质内产生磁振子雪崩效应。在本专利技术的一实施方案中，步骤(B1)进一步包括通过改变磁振子增益介 质的临界温度来改变生成的光子的最大频率；其中，磁振子增益介质的临界温 度取决于外部参数；以及其中，外部参数选自由以下项组成的组{外部压力; 以及磁振子增益介质的杂质浓度}。在本专利技术的一实施方案中，步骤(B1)进一步包括改变生成的光子的工作 频率；其中，生成的光子的工作频率取决于外部参数；以及其中，外部参数选 自由以下项组成的组{注入电子的能量；以及恒温器的工作温度}。在本专利技术的一实施方案中，步骤(B1)进一步包括(B2)利用非平衡磁振子之 间的合并过程在磁振子增益介质内生成THz光子。在一实施方案中，本专利技术的方法进一步包括步骤(C)通过使用附着在磁振 子增益介质表面的反射和透射装置，控制在磁振子增益介质的表面生成的光子 的光子反射系数。在本专利技术的一实施方案中，步骤(C)进一步包括(Cl)从由以下项组成的组 选择反射和透射装置{光学腔；以及Fabry-Perot腔)。在本专利技术的一实施方案中，步骤(C)进一步包括(C2)通过使用附着在磁振 子增益介质表面的反射和透射装置，在磁振子增益介质内使生成的光子积聚。在本专利技术的一实施方案中，步骤(C2)进一步包括使阈值数量的生成的光 子在磁振子增益介质内积聚，其中，该阈值数量的积聚光子对于非线性光子-光 子相互作用过程是足够的。在一实施方案中，本专利技术的方法进一步包括步骤(D)利用附着在磁振子增 益介质上的波导，将生成的光子输出到磁振子增益介质外部。在本专利技术的一实施方案中，步骤(D)进一步包括(Dl)在附着在波导上的外 部光学腔内使生成的光子积聚。在本专利技术的一实施方案中，步骤(D)进一步包括(D2)在附着在波导上的外 部光学腔内使阈值数量的生成的光子积聚，其中，该阈值数量的积聚的光子对 于非线性光子-光子相互作用过程是足够的。本专利技术的另一个方面涉及THz光子生成装置。在一实施方案中，本专利技术的装置包括(A)磁振子增益介质；其中，磁振子 增益介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子生成方法，所述方法包括以下的步骤：　（Ａ）提供磁振子增益介质；其中所述磁振子增益介质有助于生成非平衡磁振子；以及　（Ｂ）在所述磁振子增益介质内生成所述非平衡磁振子；其中，所述非平衡磁振子之间的相互作用导致生成光子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.7.3 US 11/481,1971. 一种光子生成方法，所述方法包括以下的步骤(A)提供磁振子增益介质；其中所述磁振子增益介质有助于生成非平衡磁振子；以及(B)在所述磁振子增益介质内生成所述非平衡磁振子；其中，所述非平衡磁振子之间的相互作用导致生成光子。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(A)进一步包括以下的步骤(Al)将所述磁振子增益介质置于恒温器内，以使所述磁振子增益介质的温度 保持在临界温度之下。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(A)进一步包括以下的步骤(A2)从包含以下材料的组中选择所述磁振子增益介质(铁磁半导体；铁磁 绝缘体；以及铁磁材料}。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(A2)进一步包括以下的步骤(A2， 1)将包含所述被选铁磁材料的所述磁振子增益介质置于所述恒温器内, 以使所述被选铁磁材料的温度保持在其居里温度之下。5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(B)进一步包括以下的步 骤(Bl)将非平衡电子注入所述磁振子增益介质内；其中，所述非平衡电子在 所述磁振子增益介质中的传播导致生成所述非平衡磁振子；以及其中，在所述非平 衡磁振子之间的相互作用导致光子的生成。6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(B1)进一步包括以下的步骤(Bl， 1)将非平衡电子泵入所述磁振子增益介质。7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(B1)进一步包括以下的步骤(Bl， 2)将极化非平衡电子泵入所述磁振子增益介质。8. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(B1)进一步包括以下的步骤(Bl， 3)将足够数量的极化非平衡电子泵入所述磁振子增益介质内，以导致在 所述磁振子增益介质内生成所述非平衡磁振子。9. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(B1)进一步包括以下的步骤(Bl， 4)将阈值数量的极化非平衡电子泵入所述磁振子增益介质内，其中所泵 入的阈值数量的极化非平衡电子足以在所述磁振子增益介质内产生磁振子雪崩效 应。10. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(B1)进一步包括以下的步骤(B1, 5)通过改变所述磁振子增益介质的临界温度来改变所生成的光子的最大 频率；其中，所述磁振子增益介质的所述临界温度取决于外部参数；以及其中，所 述外部参数选自下列所组成的组{外部压力；以及所述磁振子增益介质的杂质浓 度}。11. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(B1)进一步包括以下 的步骤(Bl， 6)改变所生成的光子的工作频率；其中，所生成的光子的工作频率取决 于外部参数；以及其中，所述外部参数选自下列所组成的组{所注入的电子的能量; 以及所述恒温器的工作温度}。12. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(B)进一步包括以下的步骤-(B2)利用所述磁振子增益介质中的所述非平衡磁振子之间的合并过程来生成 THz光子。13. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下的步骤(C)利用附着在磁振子增益介质表面的反射和透射装置，来控制所述磁振子增 益介质的表面处所生成的光子的光子反射系数。14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述步骤(C)进一步包括以下的步骤(Cl)从以下项组成的组中选择所述反射和透...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·科瑞布力特，B·G·坦齐莱维奇，
申请(专利权)人：太赫技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US