三維拓?fù)浣^緣子的可調(diào)太赫茲輻射
太赫茲(THz)波位于毫米波和遠(yuǎn)紅外頻段之間,是一種電磁波段,至今還沒有得到充分的認(rèn)識(shí)和理解。北京航空航天大學(xué)的吳曉軍率領(lǐng)一組研究人員積極探索了解和控制太赫茲輻射的方法。吳指出太赫茲波在擴(kuò)大實(shí)際應(yīng)用(從成像到信息加密)方面有很大的潛力,但太赫茲科技的發(fā)展受到缺乏足夠有效信號(hào)源的阻礙。
吳的團(tuán)隊(duì)一直在研究碲化鉍(Bi2Te3)的三維拓?fù)浣^緣子,作為有效太赫茲系統(tǒng)的基礎(chǔ)。他們最近系統(tǒng)地研究了飛秒激光脈沖驅(qū)動(dòng)的Bi2Te3納米薄膜的太赫茲輻射。他們關(guān)于高級(jí)光子學(xué)的報(bào)告證明了任意可調(diào)偏振態(tài)的手性太赫茲波的有效產(chǎn)生,它允許控制手性、橢圓和紡錘體。
吳先生認(rèn)為,碲化鉍是基于片上拓?fù)浣^緣體的太赫茲系統(tǒng)的理想選擇。它在太赫茲發(fā)射、探測(cè)和調(diào)制方面有著良好的應(yīng)用前景。深入研究的拓?fù)浣^緣子具有特殊的自旋動(dòng)量鎖定表面狀態(tài),并且可以通過各種因素(如原子層數(shù))進(jìn)行精確調(diào)整。吳解釋說,太赫茲源可以有效地輻射線性和圓極化太赫茲波,并且具有可調(diào)的手性和極化性。這將促進(jìn)太赫茲科學(xué)的發(fā)展及其在超快太赫茲光電自旋電子學(xué)、基于偏振的太赫茲光譜和成像、太赫茲生物傳感器、太赫茲通信和信息加密等領(lǐng)域的發(fā)展。
Bi2Te3的偏振可調(diào)太赫茲發(fā)射示意圖(A)具有水平線性極化(Hlp)、垂直線性極化(Vlp)、左手圓極化(Lcp)和右圓偏振(Rcp)飛秒激光脈沖照射拓?fù)浣^緣體Bi2Te3并產(chǎn)生偏振可調(diào)太赫茲波。(B)宏觀上依賴于螺旋度的光電流,只能產(chǎn)生單向自旋電流。
線性極化太赫茲波的產(chǎn)生與處理
吳的團(tuán)隊(duì)對(duì)飛秒激光脈沖驅(qū)動(dòng)的拓?fù)浣^緣體Bi2Te3納米薄膜的太赫茲輻射進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。他們發(fā)現(xiàn)線性極化太赫茲波是由Bi2Te3中Bi-Te原子在線性偏振光激發(fā)后電子密度的超快重分布所形成的位移電流引起的。超快移電流有助于線性極化太赫茲輻射.由于Bi2Te3的晶格特性,根據(jù)樣品的方位角,輻射太赫茲波在旋轉(zhuǎn)角三倍時(shí)總是線性極化。通過控制入射激光的偏振方向,可以方便地控制太赫茲波的偏振角。
吳解釋說,為了產(chǎn)生圓極化的太赫茲脈沖,必須同時(shí)調(diào)整泵浦激光器的偏振度和樣品的方位角,當(dāng)樣品的方位角固定時(shí),由于固有時(shí)間所引起的線性光電效應(yīng)(LPGE)和圓光電效應(yīng)(CPGE)的組合,還可以得到不同橢圓度和紡錘體的橢圓太赫茲光束,以及LPGE驅(qū)動(dòng)的THz與CPGE驅(qū)動(dòng)的THz的電場(chǎng)分量之間的延遲。在它們的期望范圍內(nèi),它們可以通過改變?nèi)肷浼す馄鞯穆菪葋砜刂瓢l(fā)射太赫茲波的啁啾。
吳解釋說:"依靠螺旋的電流是獲得自旋極化太赫茲脈沖的關(guān)鍵原因,因?yàn)槲覀兛梢酝ㄟ^改變螺旋來不斷調(diào)整其振幅和極性。"本文詳細(xì)討論了圓極化太赫茲輻射的實(shí)現(xiàn)和控制。
作者樂觀地認(rèn)為,他們的工作將有助于進(jìn)一步了解飛秒相干控制光學(xué)物質(zhì)相互作用中的超快自旋電流,并將為產(chǎn)生自旋極化太赫茲波提供一種有效的方法。吳指出,偏振操作是朝著有效調(diào)節(jié)源處畸變的太赫茲波的目標(biāo)邁出的一步。
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