专利名称：基于表面等离子体共振的太赫兹发射器的制作方法
技术领域：
本发明属于物理光电子技术领域，特别涉及基于表面等离子体共振的太赫兹发射
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背景技术：
太赫兹辐射在19世纪已经被人们所认识，但是，由于受到有效太赫兹发射器和灵敏探测器的限制，对于太赫兹波段的研究一直是空白，这个波段被称为“太赫兹空隙”。近年来，随着一系列新技术和新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得太赫兹成为全球研究的热点。2004年，美国政府将太赫兹科技评为“改变未来世界的十大技术”之四，而日本 2005年也将太赫兹技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发。目前它在炸药检测、生物医学、药片检测、航天材料、机场安检等领域有相当重要的崭新应用。当前，最常用的太赫兹发射器是带偏置电压的光电导天线，它可以由飞秒激光激发宽带的太赫兹辐射。最经典的太赫兹发射器结构是在低温生长的砷化镓上镀上金薄膜 (即天线)，这天线中间带有间隙，在天线需加上偏置直流电压。当飞秒激光照在天线间隙上时，会产生光生载流子，这些光生载流子在偏置电场下加速就会产生太赫兹辐射。通常需要一个硅透镜来提高太赫兹辐射的耦合效率。这种光电导式太赫兹发生器普遍运用于太赫兹光谱和成像系统，但是它只能产生有限功率的太赫兹辐射，这就限制了太赫兹技术在一些高功率的应用场合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于表面等离子体共振的太赫兹发射器，本发明利用表面等离子体共振的原理，可以增强入射飞秒激光的强度，从而使得产生的太赫兹辐射强度得到增强，本发明适合高功率的太赫兹应用场合。本发明的特征在于一种基于表面等离子体共振的太赫兹发射器，包括砷化镓基板，其特征在于所述砷化镓基板朝向飞秒激光脉冲的一侧面两端设有正、负极镀金薄膜， 在飞秒激光脉冲入射方向的两旁分别设有用于产生等离子体共振的圆柱形金属杆和具有锥形头部的锥形头金属杆，所述锥形头金属杆的锥形头部与圆柱形金属杆之间设有纳米级或微米级间隙。上述基板的另一侧面连接有半球形硅透镜。上述镀金薄膜为蝶形表面镀金薄膜。本发明是利用表面等离子体共振方法导致局部电磁增强的原理来增强入射飞秒激光的强度，从而使得产生的太赫兹辐射强度得到增强。本发明可以用于以下两个应用
1)在相同条件下，使用本发明的太赫兹发射器，可以在使用低功率的飞秒激光器的情况下获得大功率飞秒激光器在普通太赫兹发射器上所能获得的太赫兹辐射，这样就可以节省飞秒激光器的费用，从而节省太赫兹高额的研发费用；
32)在一些需要高功率太赫兹的应用场合，可以使用本发明的发射器来提高太赫兹辐射功率。
图1为本发明实施例的构造示意图。图2为图1的左视结构示意图。图3为本发明实施例的纳米级锥-柱型金属杆电场增强特性。图中1砷化镓基板；2蝶型表面镀金薄膜A ；3蝶型表面镀金薄膜B ；4半球型硅透镜；5圆柱形金属杆；6锥形头金属杆；7飞秒激光；8太赫兹辐射。
具体实施例方式为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。参考图1和图2，本发明专利包括砷化镓基底(1)、蝶型表面镀金薄膜A (2)、蝶型表面镀金薄膜B (3)、半球型硅透镜(4)、圆柱形金属杆(5)和具有锥形头部的锥形头金属杆 (6)。蝶型表面镀金薄膜A (2)和蝶型表面镀金薄膜B (3)组成光电导天线。蝶型表面镀金薄膜A (2)接直流电源正极，蝶型表面镀金薄膜B (3)接直流电源负极。本发明的太赫兹发射器特有的锥形头金属杆(6)和圆柱形金属杆(5)及其间隙可以是纳米级或微米级的尺寸，当飞秒激光照到该结构的间隙上时会产生表面等离子体共振现象，增强了入射飞秒激光的强度。增强后的飞秒激光脉冲照在砷化镓基底(1)上，就会产生数量更多能量更大的光生载流子，这些光生载流子在电场的作用下加速就会激发出更强太赫兹辐射。半球型硅透镜(4)是为了增加太赫兹辐射的耦合效率。本发明的工作过程大致如下
当飞秒激光脉冲照在锥形头金属杆(6)和圆柱形金属杆(5)之间的缝隙，由于在结构上产生表面等离子体共振，从而导致入射飞秒激光的强度得到增强。增强后的入射飞秒激光照在砷化镓基底(1)上就会产生光生载流子，在蝶型表面镀金薄膜A (2)和蝶型表面镀金薄膜B (3)组成的天线所加的直流电压所产生的偏置电场使得这些光生载流子加速，从而产生太赫兹辐射，最后利用半球型硅透镜(4)来提高太赫兹辐射的耦合效率。本发明的锥形头金属杆(6)和圆柱形金属杆(5)可以是纳米级的或者是微米级的。图3是本发明实施例的纳米级锥-柱型金属结构由于产生表面等离子体共振而导致的电场增强。经过分析，如果圆柱形金属杆(5)和锥形头金属杆(6)的直径为50纳米，锥尖的角度为30度，圆柱形金属杆(5)和锥形头金属杆(6)之间的间隙为20纳米，电场强度可以增强164倍；如果结构是纳米级的，当圆柱形金属杆(5)的和锥形头金属杆(6)的直径为 10微米，锥尖的角度为30度，圆柱形金属杆(5)和锥形头金属杆(6)之间的间隙为2微米， 电场强度可以增强27倍。电场的增强(入射飞秒激光的强度增强)，大大提高了太赫兹的辐射强度。本发明的适合高功率的太赫兹应用场合。本发明不局限上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的基于表面等离子体共振的太赫兹发射器。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种基于表面等离子体共振的太赫兹发射器，包括砷化镓基板，其特征在于所述砷化镓基板朝向飞秒激光脉冲的一侧面两端设有正、负极镀金薄膜，在飞秒激光脉冲入射方向的两旁分别设有用于产生等离子体共振的圆柱形金属杆和具有锥形头部的锥形头金属杆，所述锥形头金属杆的锥形头部与圆柱形金属杆之间设有纳米级或微米级间隙。
2.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的太赫兹发射器，其特征在于所述基板的另一侧面连接有半球形硅透镜。
3.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振的太赫兹发射器，其特征在于所述镀金薄膜为蝶形表面镀金薄膜。
全文摘要
本发明涉及一种基于表面等离子体共振的太赫兹发射器，包括砷化镓基板，其特征在于所述砷化镓基板朝向飞秒激光脉冲的一侧面两端设有正、负极镀金薄膜，在飞秒激光脉冲入射方向的两旁分别设有用于产生等离子体共振的圆柱形金属杆和具有锥形头部的锥形头金属杆，所述锥形头金属杆的锥形头部与圆柱形金属杆之间设有纳米级或微米级间隙。
文档编号H01S1/02GK102157883SQ201010596150
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者沈耀春, 钟舜聪 申请人:福州大学