一种单向高效自旋太赫兹发射器及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种单向高效自旋太赫兹发射器及应用，具体涉及自旋太赫兹发射设备领域，太赫兹发射器包括玻璃衬底、自旋太赫兹薄膜、金属光栅、磁铁对，所述自旋太赫兹薄膜设置在玻璃衬底的背面，所述金属光栅设置在玻璃衬底的正面。本发明专利技术的单向高效自旋太赫兹发射器，通过利用特殊设计的金属光栅，使得透过该金属光栅的飞秒泵浦光透过率较高，同时能够高效反射自旋太赫兹薄膜产生的背向太赫兹波，从而控制太赫兹的发射方向、提升自旋太赫兹波的产生效率。产生效率。产生效率。

【技术实现步骤摘要】
一种单向高效自旋太赫兹发射器及应用


[0001]本专利技术涉及自旋太赫兹发射设备
，更具体地说，本专利技术涉及一种单向高效自旋太赫兹发射器及应用。

技术介绍

[0002]太赫兹波是指频率在0.1～10THz(波长为3000～30μm)范围内的电磁波，在长波段与毫米波相重合，在短波段与红外光相重合；太赫兹波的波段能够覆盖半导体、等离子体，有机体和生物大分子等物质的特征谱，是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹频段位于红外和微波之间，是宏观电子学与微观光子学的过渡频段，兼具宽带性、低能性、高透性、唯一性等诸多优势特性，其在无损检测、卫星通信、医疗诊断、卫星通信等领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。自旋太赫兹源因其独特的太赫兹产生机理，具有低成本、高效率等优势，是未来太赫兹技术的重要发展方向。
[0003]由于现有技术中的自旋太赫兹发射器可产生具有沿自旋薄膜垂直方向的太赫兹波，而太赫兹波又由前向传输太赫兹波和背向传输太赫兹波两部分组成，使得产生太赫兹波的效率较低，且缺乏方向性，因此提出一种单向高效自旋太赫兹发射器及应用。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种单向高效自旋太赫兹发射器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种单向高效自旋太赫兹发射器，包括玻璃衬底、自旋太赫兹薄膜、金属光栅、磁铁对，所述自旋太赫兹薄膜设置在玻璃衬底的背面，所述金属光栅设置在玻璃衬底的正面，所述磁铁对分布在玻璃衬底的两侧。
[0006]进一步，所述自旋太赫兹薄膜由磁性层和非磁性层组成；其中，磁性层为钴层，非磁性层为铂层。
[0007]进一步，所述金属光栅金属层由周期性分布的金属条组成。
[0008]进一步，所述磁铁对相对两面的磁极相反。
[0009]一种单向高效自旋太赫兹发射器的应用，用于自旋太赫兹波产生，包括以下步骤：
[0010]S1：自旋太赫兹薄膜通过磁控溅射方法制备在玻璃衬底的背面；玻璃衬底的正面通过光刻技术制备金属光栅；
[0011]S2：利用磁铁对对自旋太赫兹薄膜的磁化，并基于磁性层同非磁性层间的逆霍尔效应，当飞秒激光照射到自旋太赫兹薄膜上时自旋太赫兹薄膜将产生太赫兹辐射，产生太赫兹波偏振方向垂直于磁场方向；
[0012]S3：该单向高效自旋太赫兹发射器的泵浦光从玻璃衬底正面的金属光栅泵浦，透过金属光栅的泵浦光束通过玻璃衬底后照射到自旋太赫兹薄膜上，其产生的太赫兹波存在沿泵浦光方向的前向发射和反向于泵浦光方向的背向发射；当背向发射的太赫兹波到达金属光栅时，由于其偏振方向平行于金属光栅，太赫兹波将被金属光栅反射，变为正向发射，
并同正向发射的太赫兹波进行叠加。
[0013]进一步方案，通过选择合适厚度的玻璃衬底能实现特定波段太赫兹波的干涉相长，进而提升太赫兹波的产生效率。所以本申请中玻璃衬底的厚度为d＝c/(4nf),其中c＝3
×
108m/s为真空中光速，n为玻璃衬底的折射率，为1.5；f为要增强的太赫兹波频率。如果选择f＝1THz时，需选择的玻璃衬底厚度则为d＝50μm。
[0014]本专利技术的技术效果和优点：
[0015]1、与现有技术相比，通过在玻璃衬底两侧分别制备自旋太赫兹薄膜和特殊设计的金属光栅，使其同时具有较高的泵浦光透过率和较高的太赫兹波反射率，实现背向发射太赫兹波的反射传输，并同正向传输的太赫兹波叠加，实现特殊波段太赫兹的干涉相长，进而控制太赫兹的发射方向、提升自旋太赫兹波的产生效率。
[0016]2、相比普通自旋太赫兹发射器，该自旋太赫兹发射器不仅可以实现太赫兹波的单向前向传输，同时由于被反射的背向发射的太赫兹波同正向发射的太赫兹波的干涉相长，产生太赫兹波功率增强4倍以上。
[0017]3、本申请选择周期性分布的金属条组成，其对0.1
‑
5THz的太赫兹波具有较高的反射，并可通过选择合适厚度的玻璃衬底，实现特定波段太赫兹波的干涉相长，进而提升太赫兹波的产生效率。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0019]图2为金属光栅对太赫兹波的反射率；
[0020]图3为产生太赫兹波功率的三维远场分布；
[0021]图4为产生太赫兹波功率的二维远场分布。
[0022]附图标记为：101、玻璃衬底；102、自旋太赫兹薄膜；103、金属光栅；104、磁铁对；1031、金属条。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]如附图1、附图2、附图3和附图4所示，实施例中一种单向高效自旋太赫兹发射器，包括玻璃衬底101、自旋太赫兹薄膜102、金属光栅103、磁铁对104，自旋太赫兹薄膜102设置在玻璃衬底101的背面，金属光栅103设置在玻璃衬底101的正面，磁铁对104分布在玻璃衬底101的两侧。
[0025]作为本专利技术一种优选的技术方案，自旋太赫兹薄膜102由磁性层和非磁性层组成；其中，磁性层为钴层，非磁性层为铂层，而钴层和铂层的厚度相同，优选为4nm。
[0026]作为本专利技术一种优选的技术方案，如附图1所示，金属光栅103由周期性分布的金属条1031组成；优选的，金属条1031的材质设置为金、铝、铜等；优选的，有多组金属光栅103均匀分布，其中一组金属光栅103的宽度为10μm，金属条1031宽度为200nm，厚度为100nm，同一组的每条金属条1031相间隔300nm，每组金属光栅103相间隔5μm。
[0027]作为本专利技术一种优选的技术方案，如附图1所示，磁铁对104相对两面的磁极相反，其可产生与金属光栅103方向垂直并与玻璃衬底101平行的面内磁场，以便于对自旋太赫兹薄膜102的磁化。
[0028]实施例中的一种单向高效自旋太赫兹发射器的应用，用于自旋太赫兹波产生，包括以下步骤：
[0029]S1：自旋太赫兹薄膜102通过磁控溅射方法制备在玻璃衬底101的背面；玻璃衬底101的正面通过光刻技术制备金属光栅103；
[0030]S2：利用磁铁对104对自旋太赫兹薄膜102的磁化，并基于磁性层同非磁性层间的逆霍尔效应，当飞秒激光照射到自旋太赫兹薄膜102上时，自旋太赫兹薄膜102将产生太赫兹辐射，而产生太赫兹波偏振方向垂直于磁场方向；
[0031]S3：该单向高效自旋太赫兹发射器的泵浦光从玻璃衬底101正面的金属光栅103泵浦，透过金属光栅103的泵浦光束通过玻璃衬底101后照射到自旋太赫兹薄膜102上，其产生的太赫兹波存在沿泵浦光方向的前向发射和反向于泵浦光方向的背向发射；当背向发射的太赫兹波到达金属光栅103时，由于其偏振方向平行于金属光栅103，太赫兹波将被金属光栅103反射，变为正向发射，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单向高效自旋太赫兹发射器，包括玻璃衬底(101)、自旋太赫兹薄膜(102)、金属光栅(103)、磁铁对(104)，其特征在于：所述自旋太赫兹薄膜(102)设置在玻璃衬底(101)的背面，所述金属光栅(103)设置在玻璃衬底(101)的正面，所述磁铁对(104)分布在玻璃衬底(101)的两侧。2.根据权利要求1所述的一种单向高效自旋太赫兹发射器，其特征在于：所述自旋太赫兹薄膜(102)由磁性层和非磁性层组成；其中，磁性层为钴层，非磁性层为铂层。3.根据权利要求2所述的一种单向高效自旋太赫兹发射器，其特征在于：所述金属光栅(103)金属层由周期性分布的金属条(1031)组成。4.根据权利要求3所述的一种单向高效自旋太赫兹发射器，其特征在于：所述磁铁对(104)相对两面的磁极相反。5.一种权利要求1
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4任一项所述的单向高效自旋太赫兹发射器的应用，其特征在于：用于自旋太赫兹波产生，包括以下步骤：S1：自旋太赫兹薄膜(102)通过磁控溅射方法制备在玻璃衬底(101)的背面；玻璃衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓强，姜芸青，许涌，张悦，赵巍胜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学合肥创新研究院北京航空航天大学合肥研究生院，
类型：发明
国别省市：