一种菲涅尔棱镜和一种转换太赫兹波的偏振态的方法技术

本发明专利技术涉及一种菲涅尔棱镜和一种转换太赫兹波的偏振态的方法。该菲涅尔棱镜为条形柱状，由不对太赫兹波产生色散作用的材料制成；该菲涅尔棱镜包括四条棱和两个相对且平行的侧面；其中，两个侧面为边长相同的正方形；每条棱垂直于每个侧面的一条边，且每条棱与每个侧面的夹角α满足其中的n为该菲涅尔棱镜的制作材料对太赫兹波的折射率；每条棱的长度均满足使垂直于一个侧面入射的线偏振的太赫兹波在该菲涅尔棱镜中发生偶数次全反射后从另一个侧面出射。本发明专利技术能同时将多色线偏振太赫兹波的偏振态转换为圆偏振。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太赫兹波的偏振态转换
，特别是涉及一种菲涅尔棱镜和利用该菲涅尔棱镜来转换太赫兹波的偏振态的方法。
技术介绍
太赫兹波具有瞬态性、低能性和相干性等独特性质，在卫星通讯、无损检测、军用雷达等多个领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。而偏振态为圆偏振的太赫兹波的应用更为广泛，尤其是其为具有螺旋结构的生物大分子等物质内部结构的研究提供了特殊光源，还可将其用于对各向异性材料(如双折射晶体、具有纤维取向的生物组织等)进行偏振相关的太赫兹波超宽频带光谱研究及结构识别。可见，利用圆偏振太赫兹波有望在物理与生命科学交叉领域获得新的重大科研突破。但是，现有技术只能产生偏振态为线偏振的单周期脉冲太赫兹波，必须对其偏振态进行转换，才能获得圆偏振的单周期脉冲太赫兹波。现有技术是利用波片等光学元件来实现太赫兹波偏振态的转换的，根据入射线偏振太赫兹波的频率来设计波片的厚度，可使入射线偏振太赫兹波在从波片射出后变为圆偏振的太赫兹波。可见，现有技术只适用于单一频率的太赫兹波偏振态的转换，而对于包含多种频率成分的多色线偏振太赫兹波(如线偏振的单周期脉冲太赫兹波)，该方法是无法同时将所有频率的太赫兹波的偏振态都转换为圆偏振态的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，能同时将多色线偏振太赫兹波的偏振态转换为圆偏振。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下一种菲涅尔棱镜，该菲涅尔棱镜为条形柱状，由不对太赫兹波产生色散作用的材料制成；该菲涅尔棱镜包括四条棱和两个相对且平行的侧面；其中，两个所述侧面为边长相同的正方形；每条所述的棱垂直于每个所述侧面的一条边，且每条所述的棱与每个所述侧面的夹角α满足a=arcsin(i)，其中的η为该菲涅尔棱镜的制作材料对太赫兹波的折射率；η每条所述棱的长度均满足使垂直于一个所述侧面入射的线偏振的太赫兹波在该菲涅尔棱镜中发生偶数次全反射后从另一个所述侧面出射。本专利技术的有益效果是本专利技术中，菲涅尔棱镜的每条棱与每个侧面的夹角a满足 a=arcsin(-)，可使垂直于一个侧面入射的线偏振太赫兹波在该菲涅尔棱镜内发生全反射。每η条棱的长度均满足使垂直于一个侧面入射的线偏振的太赫兹波在该菲涅尔棱镜中发生偶数次全反射后从另一个侧面出射，这样，太赫兹波所包含的两个相互垂直的电场分量在该菲涅尔棱镜内的附加位相总和为(η/2)的奇数倍，因而出射太赫兹波的偏振态即转换为圆偏振。而且，由于该附加位相总和是与频率无关的量，因此入射的所有频率的线偏振太赫兹波均同时转换成了圆偏振态，从而实现了专利技术目的。另外，该菲涅尔棱镜由不对太赫兹波产生色散作用的材料制成，其两侧面相对且平行，每条棱垂直于每个侧面的一条边，这保证了垂直于一个侧面入射的线偏振太赫兹波在菲涅尔棱镜内发生全反射的位置是在两个平行相对的界面上，而不会在两个相邻的界面上，因而太赫兹波的出射方向也就可以确定为垂直于另一个侧面，这有效防止了太赫兹波在出射时发生变向，使所有频率的太赫兹波所包含的两个相互垂直的电场分量在菲涅尔棱镜中发生全反射的附加位相总和完全一致。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进进一步，由高密聚乙烯或高阻硅制成。进一步，垂直于一个所述侧面入射的线偏振的所述太赫兹波为平行波束，其波束截面为圆形；则所述侧面的边长不小于该太赫兹波的波束直径。进一步，垂直于一个所述侧面入射的线偏振的所述太赫兹波为单周期脉冲太赫兹波。进一步，每条所述棱的长度均满足使垂直于一个所述侧面入射的线偏振的太赫兹波在该菲涅尔棱镜中发生2次全反射后从另一个所述侧面出射。进一步，每个所述侧面的边长a与每条所述棱的最小长度L满足Z =。nyjn -I另外，本专利技术还提供了一种转换太赫兹波的偏振态的方法，该方法的实现基于上述的菲涅尔棱镜；该方法包括步骤I :将所述菲涅尔棱镜的任一个所述侧面作为入射界面，将其另一个所述侧面作为出射界面；将线偏振的太赫兹波垂直于所述入射界面射入所述菲涅尔棱镜；步骤2 :所述太赫兹波在所述菲涅尔棱镜内发生偶数次全反射，每次所述全反射的反射界面为介质与空气的界面；步骤3 :从所述出射界面射出的太赫兹波即为圆偏振的太赫兹波。附图说明图I为本专利技术提出的菲涅尔棱镜的结构图；图2为本专利技术提出的菲涅尔棱镜的侧视图；图3为本专利技术提出的菲涅尔棱镜的俯视图；图4为太赫兹波在本专利技术提出的菲涅尔棱镜内传播的一个实施例的示意图。 具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。图I、图2和图3分别为本专利技术提出的菲涅尔棱镜的结构图、侧视图和俯视图。棱镜是一种由两两相交的平面围成的物体，菲涅尔棱镜是棱镜的一种。在菲涅尔棱镜中，供光线入射和出射的平面均称为该菲涅尔棱镜的侧面。如图1-3所示，该菲涅尔棱镜为条形柱状，其由不对太赫兹波产生色散作用的材料制成，防止因太赫兹波在其内部发生色散而导致出射的太赫兹波变向，该菲涅尔棱镜的制作材料的较佳实施例为高密聚乙烯或高阻硅，这两种材料不仅对太赫兹波不产生色散作用，而且对太赫兹波造成的损耗也很小，从而保证了出射的太赫兹波的能量密度。图1-3所示的菲涅尔棱镜包括四条棱和两个相对且平行的侧面。每条棱的长度相等，均为L，两个侧面为边长相同的正方形，分别用M和N来标示。为了对侧面上的两条邻边进行区分，图1-3用a和b分别标示侧面的两邻边的长度，由于两侧面均为正方形，且边长相同，因而这里的a与b在数值上是相等的。本专利技术所提供的菲涅尔棱镜中，每条棱垂直于每个侧面的一条边，如图1-3所示， 任一棱均垂直于任一侧面上边长为b的边。另外，每条棱与每个侧面的夹角α满足a=arcsin(i)，其中的n为该菲涅尔棱镜的η制作材料对太赫兹波的折射率，如图1-3所示，由于每条棱均与边长为b的边垂直，因而各棱与各侧面的夹角α即为相应棱与边长为a的边的夹角。棱与侧面的夹角α满足a=arcsin(-)，可使垂直于任一侧面入射的太赫兹波在该菲涅尔棱镜内部发生全反射，从而使η该太赫兹波所包含的两个相互垂直的电场分量产生附加位相。根据该数量关系，在该菲涅尔棱镜的制作材料选用高密聚乙烯的情况下，这里的η为I. 525，则α等于55. 7°。本专利技术所提供的菲涅尔棱镜中，每条棱的长度L均要满足使垂直于一个侧面入射的线偏振的太赫兹波在该菲涅尔棱镜中发生偶数次全反射后才从另一个侧面出射。L所满足的该条件意味着，太赫兹波所包含的两个相互垂直的电场分量在菲涅尔棱镜中获得的附加位相总和为(η/2)的奇数倍，这样，太赫兹波的偏振态就由入射时的线偏振转换为出射时的圆偏振。另外，由于在L确定后，该附加位相总和是一个常数，与太赫兹波的频率是无关的，因而即使入射的线偏振的太赫兹波是多色的(即频率不单一)，从该菲涅尔棱镜另一个侧面出射的太赫兹波也能全部转换为圆偏振态，因此，本专利技术实现了将入射的多色线偏振太赫兹波的偏振态同时转换为圆偏振的专利技术目的。为了尽量降低菲涅尔棱镜对太赫兹波的损耗，保证出射太赫兹波的能量密度，本专利技术中，每条棱的长度L的较佳实施例为L均满足使垂直于一个侧面入射的线偏振的太赫兹波在该菲涅尔棱镜中发生2次全反射后从另一个侧面出射，图4即为太赫兹波在该实施例中传播并发生全反射的示意图，该图的视角与图2相同，均为侧视视角。由此可见，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，祝德充，邓朝，张存林，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：