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控制太赫兹辐射偏振新技术
发布时间:2017-09-21 09:08:16 阅读:354

来源:optics.org;中国太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

研究人员采用新方法制造了太赫兹光波偏振分束器。
图片来源:美国布朗大学(Brown University)/米特实验室(Mittleman lab)

    美国布朗大学的研究人员使用了一种新方法,能在太赫兹频段对光波偏振进行调控。该技术采用堆叠金属紧密间隔板作为偏振分束器,基于光线的不同偏振状态对其进行分束,发射垂直偏振光时是一个方向,而发射水平偏振光时则是另一个方向。这种采用太赫兹辐射的光线分束器在许多领域内都十分有用,不论是在成像系统中还是在未来的通讯网络中,都将大有作为。

    说到成像世界,如何在不同偏振中传送以及如何去探测辐射的能力对于太赫兹显微镜和材料特性分析与鉴定非常有用。在通讯中,偏振光可以让多数据流在同一媒介中传导且不产生任何干扰。

    “采用堆叠间隔靶的想法比传统控制太赫兹区域偏振的方法要更有优势,”布朗大学工程学院的Dan Mittleman教授表示,他同时也是《科学报告》(Scientific Reports)杂志中发表该研究论文的资深作者。“因为它的造价更便宜,而且从物理特性来看,它比其他方法更稳定,在我们可操作范围内,这个方法用途更广泛。”

    Rajind Mendis是布朗大学的研究副教授,与Mittleman教授一起共同负责这项研究,其他人员还包括布朗大学研究生张伟(Wei Zhang音译)以及日本大阪大学副教授Masaya Nagai。

    太赫兹区域是介于微波和红外频率之间的电磁波谱。太赫兹波的科技应用范围逐渐增加,包括在光谱、传感、成像、 超高带宽通讯等领域,研究人员正在不断开发相关的硬件条件以构建高速发展的太赫兹科技系统。

    偏振指的是电磁波在波传播时其波峰与谷波的方向。如果光波朝向你传播,我们可以对其波峰与谷波的方向进行水平、垂直或任意角度的调节。

    “偏振是任何电磁波的一个重要特性,”Mittleman教授指出,“能够控制偏振——对其进行测量或改变——这在任何电磁系统中都是我们所需要的一种重要能力。”

研究人员设计的新装置可根据偏振状态对太赫兹辐射光进行分离
图片来源:美国布朗大学(Brown University)/米特实验室(Mittleman lab)

    例如,在可见光范围内,通过对偏振的控制与调节就发明了现代的3D电影,而且还制造出可以来减少反射眩光的太阳镜。偏振太阳镜就是在镜片中水平排列了聚合物链,这就如同在牢房门上增加了横条。这些聚合物链可以让垂直偏振光透过镜片,但却可以阻挡水平偏振光,因为水平偏振光主要是来自闪亮物体的表面,例如汽车和水面上反射回来的偏振光。

    在太赫兹领域内,对偏振光操控的现有办法与偏振光眼镜所采用的方法很类似,即便与可见光相比,太赫兹光波长更长,因而太赫兹偏光滤光镜内通常布有直径仅为几微米,间隔也仅为几微米的金属丝阵列。

    这次布朗大学与大阪大学的研究团队采用了新技术,他们使用金属紧密间隔板堆叠的方式替代了传统的金属丝阵列,让每一对金属板形成了众所周知的平行板波导。当太赫兹光以45度角入射堆叠的金属板时,会激活两种波导模式进行分光。垂直偏振的光会穿透该装置,而其他的水平偏振光则会按与原入射束轴形成90度的方向被放射。

    相对于传统的金属丝滤波器,这项技术有一系列优势,研究人员表示。这种金属板堆叠的架构,就是著名的“人造电介质”,据说制造容易、价格低廉。当然,金属板自然也比金属丝更有韧性。

    “这种人造电介质的概念让我们的设计用途更加广泛,”Mendis补充到。“我们只需要调节金属板的间距或者改变入射光线的角度,就可以轻松的调控设备,以适应在不同太赫兹频率的使用。”

    另外一项优势是,因为增加了类似人造电介质架构,研究人员可以设计出一个隔离体的存在。在高功率激光器中安装隔离体可以防止光线被反射回激光发射器中,因为光线的反射会造成仪器不稳定甚至损毁仪器。因此太赫兹隔离体将是未来高功率太赫兹仪器中的重要组成部分。

    布朗大学与大阪大学的研究团队正在对他们设计的新型人造电介质仪器申请专利,研究人员希望他们的这些设计能更好的促进新型太赫兹系统在未来的发展。

    “任何你想在光学系统中做的事情,如果你能操控偏振,一定将大有用途。”Mendis表示。“这是一种简单、有效、实际且广泛的方法。”

 
 

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