一种宽带太赫兹电光采样准相位匹配结构及其设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115963672A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202310021640.X(22)申请日2023.01.07(71)申请人复旦大学地址200433上海市杨浦区邯郸路220号(72)发明人田传山汪语涵马骏颖乐嘉明苏雨聃(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245专利代理师赵旭(51)Int.Cl.G02F1/35(2006.01)G02F1/03(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种宽带太赫兹电光采样准相位匹配结构及其设计方法(57)摘要本发明公开了一种宽带太赫兹电光采样准相位匹配结构，包括依次层叠布置的至少两个电光晶体，每两个相邻的电光晶体之间均设置有补偿晶体；其中，电光晶体与补偿晶体具有相反的色散关系，以便于通过补偿晶体来补偿太赫兹光与探测光在电光晶体中积累的相位差。本发明根据需要选定电光晶体的种类和厚度，并选定一种具有和电光晶体相反色散关系的补偿晶体，并依据测量带宽及相位匹配条件计算其厚度，再根据测量带宽要求确定电光晶体的层数。与现有技术相比，本发明能够在保证信号强度的同时拓宽测量带宽，本发明不涉及精密微纳加工、成本低易于制作、不对晶体进行破坏性加工、可重复使用、可根据需要重新组合搭配，灵活度高。CN115963672ACN115963672A权利要求书1/1页1.一种宽带太赫兹电光采样准相位匹配结构，其特征在于：包括依次层叠布置的至少两个电光晶体，每两个相邻的所述电光晶体之间均设置有补偿晶体；其中，所述电光晶体与所述补偿晶体具有相反的色散关系，以便于通过所述补偿晶体来补偿太赫兹光与探测光在所述电光晶体中积累的相位差。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：所述太赫兹光及所述探测光在所述补偿晶体中不产生信号。3.一种如权利要求1所述的宽带太赫兹电光采样准相位匹配结构的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、获取太赫兹光的频率Ω及探测光的频率ω；S2、确定所述电光晶体的类型，以及所述太赫兹光、所述探测光分别在所述电光晶体中的太赫兹折射率nTHz,1、探测光群折射率ng,1；S3、根据(式1)及(式2)确定所述电光晶体的厚度；其中，(式1)根据电光晶体的相位匹配条件得到，lc为所述电光晶体能够对信号进行叠加增强的相干长度，c为真空光速，C为电光晶体产生信号的大小，l1为所述电光晶体的厚度且不超过相干长度lc的4倍，i为虚数单位；S4、选定所述补偿晶体的类型，以及所述太赫兹光、所述探测光分别在所述补偿晶体中的太赫兹折射率nTHz,2、探测光群折射率ng,2；S5、根据(式3)确定所述补偿晶体的厚度；Δk＝Ω/c(ng,1l1‑ng,2l2‑nTHz,1l1+nTHz,2l2)(式3)；其中，Δk为波数差，其取值趋近于0，l2为所述补偿晶体的厚度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：S6、根据(式4)及(式5)确定结构中电光晶体的数量上限；N[ng,1l1‑ng,2l2‑nTHz,1l1+nTHz,2l2]max＜π(式5)其中，C`为包括至少两个电光晶体的结构所产生的总信号的大小，N为电光晶体的数量，下标max表示在目标太赫兹带宽中[ng,1l1‑ng,2l2‑nTHz,1l1+nTHz,2l2]的最大值。2CN115963672A说明书1/5页一种宽带太赫兹电光采样准相位匹配结构及其设计方法技术领域[0001]本发明涉及太赫兹电光采样技术领域，特别涉及一种宽带太赫兹电光采样准相位匹配结构及其设计方法。背景技术[0002]太赫兹技术在超快分子动力学、凝聚态物理等领域拥有广泛的应用前景，同时也是下一代通信技术和医学影像领域重要的技术发展方向。[0003]太赫兹电光采样是近些年发展起来的一种测量太赫兹脉冲的技术。电光采样可用于测量太赫兹脉冲电场强度的时域分布，可以直接获得待测信号不同频率的幅值和相位信息。电光采样技术利用了线性电光效应，本质上是一种二阶非线性过程。线性电光效应也被称普克尔效应，在非中心对称材料中受低频电场作用时，会产生正比于外加电场强度的折射率改变，通过对折射率改变量的测量，可以推算出此时的电场强度，具有这样性质的材料被称为电光晶体。在太赫兹电光采样过程中，让一束可见或近红外脉冲光(即探测光)通过电光晶体，由于太赫兹电场引起的折射率椭球的变化，探测光的偏振态会发生改变，通过测量这一偏振变化，就可以获得电光晶体内的太赫兹电场强度。[0004]电光采样过程需要满足相位匹配条件，即探测光脉冲的群速度要匹配太赫兹的相速度。同时电光晶体要有较大的非线性系数，并在太赫兹及探测光波段没有吸收，这对电光晶体的材料选择给出了一定的限制，常用于电光采样的晶体有GaP，ZnTe等