一種可調諧的太赫茲波濾波裝置及其濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可調諧的太赫茲波濾波裝置及其濾波方法,該濾波裝置包括激發(fā)光源、激發(fā)光束偏轉裝置以及依次設置的第一太赫茲波色散裝置、太赫茲波濾光裝置和第二太赫茲波色散裝置;第二太赫茲波色散裝置與第一太赫茲波色散裝置為互補型結構。本發(fā)明還提供一種可調諧的太赫茲波濾波裝置的濾波方法。本發(fā)明采用普通光學裝置,并利用光生載流子能夠吸收太赫茲波的特性,實現(xiàn)對寬譜太赫茲波的全波段的動態(tài)可調諧濾波,本發(fā)明的太赫茲波濾波裝置結構簡單,操作簡便,可調諧功能強大,應用前景廣泛。
【專利說明】一種可調諧的太赫茲波濾波裝置及其濾波方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲波【技術領域】,具體是一種可調諧的太赫茲波濾波裝置及其濾波方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]太赫茲波通常是指頻率范圍在0.1THz到IOTHz (ITHz= IO12 Hz)區(qū)間的電磁波,介于微波和紅外光之間。太赫茲波具有很多特點,如太赫茲波的光子能量遠低于可見光和X射線,僅為可見光的千分之一,X射線的百萬分之一,對人體危害極??;太赫茲波波長較長(ITHz?300 μ m),用于測量時對樣品表面的粗糙度要求不高,受物質散射影響?。淮送?,太赫茲波對很多不透明介質材料,如塑料、陶瓷、皮革、半導體晶圓等具有很強的穿透性。這些特點使太赫茲波技術在諸如質量控制、安全檢測、通訊等領域有著廣闊的應用前景。
[0004]可調諧的太赫茲波濾波器件是很多太赫茲波應用中必不可少的關鍵器件,比如太赫茲光譜分析系統(tǒng)、太赫茲通訊系統(tǒng)等。現(xiàn)有的太赫茲波濾波器件,通常是采用光子晶體或是超材料(Meta materials)等這類人工復合材料。因此,這類器件的制作過程往往比較復雜,成本昂貴。并且這類器件往往只能實現(xiàn)對某一波段太赫茲波的濾波,很難實現(xiàn)對寬譜太赫茲波的全波段進行可調諧濾波。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種可調諧的太赫茲波濾波裝置及其濾波方法,采用普通光學裝置實現(xiàn)對寬譜太赫茲波的全波段的動態(tài)可調諧濾波。
[0007]本發(fā)明的技術方案為:
一種可調諧的太赫茲波濾波裝置,包括激發(fā)光源、激發(fā)光束偏轉裝置以及依次設置的第一太赫茲波色散裝置、太赫茲波濾光裝置和第二太赫茲波色散裝置;所述第二太赫茲波色散裝置與第一太赫茲波色散裝置為互補型結構。
[0008]所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置,在激發(fā)光源輸出端依次設置有激發(fā)光束整形處理裝置和激發(fā)光束會聚裝置。
[0009]所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置,還包括位移裝置,所述位移裝置與激發(fā)光束會聚裝置固定連接,用于調節(jié)激發(fā)光束會聚裝置的空間位置。
[0010]所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置,所述太赫茲波濾光裝置選用半導體晶圓片。
[0011]所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置,所述半導體晶圓片具體為硅片。
[0012]所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置的濾波方法,該方法具體包括以下步驟:
(1)激發(fā)光源輸出的激發(fā)光束經(jīng)由激發(fā)光束偏轉裝置照射到太赫茲波濾光裝置上,激發(fā)光束被太赫茲波濾光裝置吸收,在激發(fā)光束照射區(qū)域產(chǎn)生大量光生載流子;
(2)寬譜太赫茲波源輸出的寬譜太赫茲波束經(jīng)過第一太赫茲波色散裝置,形成按波長長短依次分布的太赫茲波束,不同波長的太赫茲波分量被分尚開,所述按波長長短依次分布的太赫茲波束照射到太赫茲波濾光裝置上,不同波長的太赫茲波分量在太赫茲波濾光裝置上具有不同的照射區(qū)域,其中,照射區(qū)域位于光生載流子產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)的太赫茲波分量被光生載流子吸收濾波;
(3)通過激發(fā)光束偏轉裝置來調節(jié)太赫茲波濾光裝置上光生載流子產(chǎn)生區(qū)域與太赫茲波束照射區(qū)域的相對位置,實現(xiàn)對不同波段太赫茲波的吸收濾波;
(4)濾波后的按波長長短依次分布的太赫茲波束經(jīng)過第二太赫茲波色散裝置重新合束成寬譜的太赫茲波束。
[0013]所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置的濾波方法,還包括:通過激發(fā)光束整形處理裝置和激發(fā)光束會聚裝置來調節(jié)太赫茲波濾光裝置上光生載流子產(chǎn)生區(qū)域的形狀和大小。
[0014]本發(fā)明采用普通光學裝置,并利用光生載流子能夠吸收太赫茲波的特性,實現(xiàn)對寬譜太赫茲波的全波段的動態(tài)可調諧濾波,與采用人工復合材料制作的太赫茲波濾波器相t匕,本發(fā)明的太赫茲波濾波裝置結構簡單,操作簡便,可調諧功能更為強大,應用前景更為廣泛。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的裝置結構示意圖。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示,一種可調諧的太赫茲波濾波裝置,包括寬譜太赫茲波源1、第一太赫茲波色散裝置2、太赫茲波濾光裝置3、第二太赫茲波色散裝置4、激發(fā)光源5、激發(fā)光束整形處理裝置6、激發(fā)光束會聚裝置7、位移裝置8和激發(fā)光束偏轉裝置9。寬譜太赫茲波源I的輸出端后依次設置有第一太赫茲波色散裝置2、太赫茲波濾光裝置3、第二太赫茲波色散裝置4。第二太赫茲波色散裝置4與第一太赫茲波色散裝置2呈互補結構排布。激發(fā)光源5的輸出端后依次設置有激發(fā)光束整形處理裝置6、激發(fā)光束會聚裝置7、激發(fā)光束偏轉裝置9。激發(fā)光束經(jīng)由激發(fā)光束偏轉裝置9后照射到太赫茲波濾光裝置3上。激發(fā)光束會聚裝置固定設置在位移裝置8上,位移裝置8用于調節(jié)激發(fā)光束會聚裝置7的空間位置。
[0018]本發(fā)明的工作原理:
寬譜太赫茲波源I發(fā)出的寬譜太赫茲光束經(jīng)過第一太赫茲波色散裝置2,由于第一太赫茲波色散裝置2的色散效應,即對不同波長的太赫茲波分量的折射率不同,在其輸出的太赫茲光束中,不同波長的太赫茲波分量發(fā)生不同角度的偏轉,此時,不同波長的太赫茲波分量被分離開來,呈現(xiàn)出從長波段依次到短波段或者從短波段依次到長波段的分布,具體取決于第一太赫茲波色散裝置2對太赫茲波的色散特性。
[0019]按波長長短依次分布的太赫茲波束經(jīng)過太赫茲波濾光裝置3,太赫茲波濾光裝置3可以采用半導體晶圓片,如硅片等。在通常狀態(tài)下即無激發(fā)光束照射時,半導體晶圓片對太赫茲波是透明的。由激發(fā)光源5發(fā)出的激發(fā)光束依次經(jīng)過激發(fā)光束整形處理裝置6和激發(fā)光束會聚裝置7后,由激發(fā)光束偏轉裝置9發(fā)射后照射到半導體晶圓片上,該激發(fā)光束能夠為半導體晶圓片所吸收,并在半導體晶圓片上激發(fā)光束的照射區(qū)域產(chǎn)生大量光生載流子。產(chǎn)生光生載流子的區(qū)域的形狀和大小,可以通過激發(fā)光路中設置的激發(fā)光束整形處理裝置6和激發(fā)光束會聚裝置7來調節(jié),而該區(qū)域在半導體晶圓片上與太赫茲波照射區(qū)域的相對位置可以通過激發(fā)光束偏轉裝置9來調節(jié)。由于光生載流子能夠吸收太赫茲波,因此,在產(chǎn)生光生載流子的區(qū)域,太赫茲波無法通過。對于特定波段的太赫茲波的濾波就是利用光生載流子能夠吸收太赫茲波的特性來實現(xiàn)的。
[0020]由于在半導體晶圓片上的太赫茲波是按波長呈一定分布的,不同波長的太赫茲波分量照射到半導體晶圓片上的不同區(qū)域,通過控制半導體晶圓片上激發(fā)光束與太赫茲波束的相對位置來實現(xiàn)對不同波段太赫茲波的吸收濾波。當激發(fā)光束照射半導體晶圓片上短波長(或長波長)太赫茲波經(jīng)過區(qū)域時,該區(qū)域的太赫茲波被吸收,透過的太赫茲波束中不含短波長(或長波長)分量,此時,激發(fā)光束照射的半導體晶圓片相當于一個高通(或低通)濾波器;相應地,調節(jié)激發(fā)光束在半導體晶圓片上的位置,可以吸收掉寬譜太赫茲波束中某一波段的分量,實現(xiàn)該波段的帶阻濾波。濾波后的呈色散分布的太赫茲波束再經(jīng)過第二太赫茲波色散裝置4,重新合束成寬譜太赫茲波束,只是其中某些波段的分量已經(jīng)由激發(fā)光束激發(fā)產(chǎn)生的載流子進行了吸收濾波。
[0021]由于激發(fā)光束可以覆蓋到整個半導體晶圓片上全部的太赫茲波照射區(qū)域,因此,本發(fā)明可以實現(xiàn)寬譜太赫茲波的全波段動態(tài)調諧濾波。此外,由于在半導體晶圓片上激發(fā)光束的形狀和大小(即產(chǎn)生光生載流子的區(qū)域的形狀和大小)可以通過激發(fā)光路中設置的激發(fā)光束整形處理裝置6和激發(fā)光束會聚裝置7來調節(jié),因此在實現(xiàn)帯通或帶阻濾波時,濾波的帶寬也是可以調諧的。
[0022]以上所述實施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述,并非對本發(fā)明的范圍進行限定,在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下,本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變形和改進,均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種可調諧的太赫茲波濾波裝置,其特征在于:包括激發(fā)光源、激發(fā)光束偏轉裝置以及依次設置的第一太赫茲波色散裝置、太赫茲波濾光裝置和第二太赫茲波色散裝置;所述第二太赫茲波色散裝置與第一太赫茲波色散裝置為互補型結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置,其特征在于:在激發(fā)光源輸出端依次設置有激發(fā)光束整形處理裝置和激發(fā)光束會聚裝置。
3.根據(jù)權利要求2所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置,其特征在于:還包括位移裝置,所述位移裝置與激發(fā)光束會聚裝置固定連接,用于調節(jié)激發(fā)光束會聚裝置的空間位置。
4.根據(jù)權利要求1所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置,其特征在于:所述太赫茲波濾光裝置選用半導體晶圓片。
5.根據(jù)權利要求4所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置,其特征在于:所述半導體晶圓片具體為硅片。
6.根據(jù)權利要求1所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置的濾波方法,其特征在于,該方法具體包括以下步驟: (1)激發(fā)光源輸出的激發(fā)光束經(jīng)由激發(fā)光束偏轉裝置照射到太赫茲波濾光裝置上,激發(fā)光束被太赫茲波濾光裝置吸收,在激發(fā)光束照射區(qū)域產(chǎn)生大量光生載流子; (2)寬譜太赫茲波源輸出的寬譜太赫茲波束經(jīng)過第一太赫茲波色散裝置,形成按波長長短依次分布的太赫茲波束,不同波長的太赫茲波分量被分尚開,所述按波長長短依次分布的太赫茲波束照射到太赫茲波濾光裝置上,不同波長的太赫茲波分量在太赫茲波濾光裝置上具有不同的照射區(qū)域,其中,照射區(qū)域位于光生載流子產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)的太赫茲波分量被光生載流子吸收濾波; (3)通過激發(fā)光束偏轉裝置來調節(jié)太赫茲波濾光裝置上光生載流子產(chǎn)生區(qū)域與太赫茲波束照射區(qū)域的相對位置,實現(xiàn)對不同波段太赫茲波的吸收濾波; (4)濾波后的按波長長短依次分布的太赫茲波束經(jīng)過第二太赫茲波色散裝置重新合束成寬譜的太赫茲波束。
7.根據(jù)權利要求6所述的可調諧的太赫茲波濾波裝置的濾波方法,其特征在于,還包括:通過激發(fā)光束整形處理裝置和激發(fā)光束會聚裝置來調節(jié)太赫茲波濾光裝置上光生載流子產(chǎn)生區(qū)域的形狀和大小。
【文檔編號】H01P1/20GK103715478SQ201310730471
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權日:2013年12月26日
【發(fā)明者】陳堅, 吳周令 申請人:合肥知常光電科技有限公司