热点关注:  
放射性同位素 粒子加速器 辐照杀菌 无损检测 高新核材 辐射成像 放射诊疗 辐射育种 食品辐照保鲜 废水辐照 X射线 中广核技 中国同辐

空天院等发表关于太赫兹载波包络移相器的研究成果

2022-07-08 15:17     来源:空天信息创新研究院     太赫兹

近日,中国科学院空天信息创新研究院广州园区王天武研究团队关于太赫兹(THz)载波包络移相器的研发成果【《基于超材料的柔性太赫兹载波包络移相器(Flexible THz Carrier-Envelope Phase Shifter Based on Metamaterials)】,发表在《先进光学材料》(Advanced Optical Materials)上。

作为太赫兹扫描隧道显微镜系统的核心部件,该载波包络移相器由不同的人工微结构阵列组成(图1)。研究团队首次利用“超材料”在亚波长厚度和不改变THz电场极化的情况下实现了对宽带THz载波包络相位(CEP)的消色差可控相移,其CEP的相移高达2。与传统的THz载波包络移相器相比,该移相器具有超薄、柔性、低插损、易于安装和操作等优点。

超短脉冲的CEP决定了脉冲的瞬时电场强度,在许多非线性物理过程中具有重要作用。例如,近年来,将亚皮秒THz脉冲耦合到纳米尖端以调制隧道结的偏压而开发的THz扫描隧道显微镜(THz-STM),在超快时间尺度上实现了原子级分辨率。通过简单高效的途径控制THz脉冲的CEP来实现对隧道结中近场THz时间波形的主动控制,对推进电子的超快纳米尺度操纵必不可少。多个THz偏振元件组成的复杂装置已用于控制THz脉冲的CEP,但菲涅耳反射损耗,致使其插入损耗很大。此外,天然材料在太赫兹波段具有弱的色散响应和小的双折射系数,因此不易被设计用于具有宽频率成分的太赫兹脉冲的CEP控制。与自然材料相比,超材料作为一种由亚波长结构衍生而来的具有特殊光学特性的人工材料,对电磁波的色散响应和双折射系数均可人为定制。尽管超材料技术迅速发展,但由于近单周期THz脉冲的宽带特性,它对THz脉冲的CEP控制仍具挑战性。

基于此,科研团队提出了基于超材料的柔性THz载波包络移相器来控制THz CEP的方法,并对该移相器的性能进行模拟和实验表征。研究利用特定的金属分裂环谐振器的几何相位和共振相位来控制THz脉冲的CEP,并利用正交定向光栅来提高传输效率。当入射的THz脉冲依次被载波包络移相器中不同的微结构阵列调制时,通过THz时域光谱系统(THz-TDS)清晰地观察到THz脉冲的时间波形在不同CEP值下的变化,与模拟结果吻合(图2a、b)。实验验证了该移相器在广角入射和大的形变下具有良好的鲁棒性(图2c、d),并且通过适当缩放模型的结构参数。此外,该设计方案也可应用于其他波段。

研究工作得到国家自然科学基金与广州市等的支持。北京凝聚态物理研究所、松山湖材料实验室及中国科学院大学参与研究。

图1.(a)移相器的单元结构示意图,(b)整体和局部光学照片。

图2.(a、b)模拟和实验获得的不同CEP值对应的THz时间波形变化,(c、d)广角入射和样品弯曲形变对器件性能的影响。

推荐阅读

核技术应用现状及发展趋势

核技术应用是指非动力民用核技术,又称为同位素与辐射技术,是利用同位素或射线产生装置释放产生的各类射线与物质发生相互作用,通过分析或者利用与物质相互作用产生的各类物理、化学、生物等效应,进而用于众多实际应用,探索自然、造福人类的一门学科。 2022-07-08

大型强子对撞机发现三种新的外来粒子

LHCb合作组织今天宣布的发现包括新种类的强子。第一种是在分析带负电的B介子的”衰变”中观察到的,是由一个粲夸克和一个粲反夸克以及一个向上、一个向下和一个奇怪的夸克组成的五夸克。它是第一个被发现包含一个奇怪夸克的五夸克。这一发现具有高达15个标准差的统计学意义,远远超过了粒子物理学中声称观察到一个粒子所需的5个标准差。 2022-07-06

慧眼卫星再刷新直接测量宇宙最强磁场纪录,X射线能谱的回旋吸收线的探测

中子星是宇宙中具有最强磁场的天体,对其X射线能谱的回旋吸收线的探测是目前直接测量中子星表面磁场的唯一方法。最近,“慧眼”卫星团队在编号为Swift J0243.6+6124的中子星X射线双星发现了能量高达146千电子伏的回旋吸收线,对应超过16亿特斯拉的中子星表面磁场,继2020年直接测量到约10亿特斯拉的宇宙最强磁场之后,再次大幅度刷新了最高能量回旋吸收线和宇宙最强磁场直接测量的世界纪录。 2022-07-05

核物理,暗物质粒子与原子核的碰撞,被宇宙线加速了!

十年前,物理学家在大型强子对撞机中首次发现了粒子物理学标准模型的最后一块拼图——希格斯玻色子,这是粒子物理学家经历了数十年努力的结果。 2022-07-05

X射线数字成像检测之像素

像素(pixel)——X射线数字图像的基本组成单元。X射线数字成像都是由点组成的,组成图像的每个点称之为像素。 2022-07-05

阅读排行榜