本發(fā)明涉及自旋太赫茲發(fā)射設(shè)備，更具體地說，本發(fā)明涉及一種自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器。

背景技術(shù)：

1、太赫茲頻段位于紅外和微波之間(頻率0.1～10thz)，是宏觀電子學(xué)與微觀光子學(xué)的過渡頻段，兼具寬帶性、低能性、高透性、唯一性等諸多優(yōu)勢特性，其在無損檢測、衛(wèi)星通信、醫(yī)療診斷、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域具有重大的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。自旋太赫茲源因其獨(dú)特的太赫茲產(chǎn)生機(jī)理，具有低成本、高效率等優(yōu)勢，是未來太赫茲技術(shù)的重要發(fā)展方向。

2、由于現(xiàn)有太赫茲設(shè)備中包括太赫茲源、太赫茲準(zhǔn)直透鏡等一系列元器件來產(chǎn)生、準(zhǔn)直、聚焦太赫茲波，系統(tǒng)集成度低、體積較大。菲涅爾波帶片可對(duì)光波進(jìn)行準(zhǔn)直或聚焦，具有尺寸小、厚度薄、制作工藝簡單等特性。然而現(xiàn)已的太赫茲菲涅波帶片只能對(duì)已產(chǎn)生的太赫茲進(jìn)行準(zhǔn)直、聚焦，并未實(shí)現(xiàn)太赫茲源與菲涅爾波帶片的集成，同時(shí)菲涅爾波帶片只有一半?yún)^(qū)域可以透射、準(zhǔn)直太赫茲波，效率較低。此外，集成菲涅爾波帶片的自旋太赫茲發(fā)射器也只能工作在一特定頻段，其色散現(xiàn)象嚴(yán)重，限制了其應(yīng)用。為解決上述問題，提出一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器，包括玻璃襯底、自旋太赫茲薄膜、磁鐵對(duì)，所述自旋太赫茲薄膜由鐵磁材料和重金屬非磁材料、重金屬非磁材料組成，其中鐵磁材料設(shè)置在玻璃襯底的正面，重金屬非磁材料、重金屬非磁材料設(shè)置在鐵磁材料之上，所述磁鐵對(duì)固定于襯底兩面，其相對(duì)兩面的磁極相反。

3、進(jìn)一步，所述兩種重金屬非磁材料自旋霍爾角大小相等、方向相反。

4、進(jìn)一步，所述磁鐵對(duì)固定于襯底兩面，其相對(duì)兩面的磁極相反。所述重金屬非磁材料(103)、重金屬非磁材料(104)呈扇形環(huán)狀分布交替排列，共分為2m個(gè)扇形區(qū)(m＝1,2,3…),其圓心角為180°/m，其中m為根據(jù)設(shè)計(jì)需要所要實(shí)現(xiàn)m個(gè)頻段的太赫茲波聚焦于同一點(diǎn)，例如需要0.5thz、1thz、1.5thz三個(gè)頻段的太赫茲波聚焦于同一點(diǎn)，則m為3。每個(gè)扇形區(qū)第n環(huán)半徑為其中d是該消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器的工作焦距，λ是該扇形區(qū)要聚焦自旋太赫茲的中心波長，其滿足λ＝c/f,其中c為光速，f為對(duì)應(yīng)太赫茲的頻率。

5、進(jìn)一步，相對(duì)的兩個(gè)扇形區(qū)結(jié)構(gòu)完全相同。

6、一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器，用于自旋太赫茲波產(chǎn)生及聚焦準(zhǔn)直，以及消色散，使得產(chǎn)生的兩個(gè)以上頻段的自旋太赫茲波匯聚到同一點(diǎn)。

7、包括以下步驟：

8、s1：通過磁控濺射方法在玻璃襯底的正面制備自旋太赫茲薄膜的鐵磁層材料；

9、s2：利用光刻、掩模版等技術(shù)在自旋太赫茲薄膜的鐵磁層材料上制備扇形交替環(huán)狀排列的自旋太赫茲薄膜的非磁層，其中相鄰間的非磁層材料的自旋霍爾角相反，其共分為2m個(gè)扇形區(qū)(m＝1,2,3…),其圓心角為180°/m，其中m為根據(jù)設(shè)計(jì)需要所要實(shí)現(xiàn)m個(gè)頻段的太赫茲波聚焦于同一點(diǎn)，例如需要0.5thz、1thz、1.5thz三個(gè)頻段的太赫茲波聚焦于同一點(diǎn)，則m為3；

10、s3：利用磁鐵對(duì)對(duì)自旋太赫茲薄膜的鐵磁層磁化，并基于磁性層同非磁性層間的逆霍爾效應(yīng)，當(dāng)飛秒激光照射到自旋太赫茲薄膜上時(shí)，在自旋太赫茲薄膜的磁性層和非磁性層界面處產(chǎn)生超快電荷流，且相鄰扇形環(huán)狀的超快電荷流方向相反，進(jìn)而產(chǎn)生相位相差180°、偏振方向垂直于磁場方向的太赫茲輻射。

11、進(jìn)一步方案，通過控制各個(gè)扇形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的重金屬非磁材料的半徑，并使相對(duì)的兩個(gè)扇形區(qū)結(jié)構(gòu)完全相同，實(shí)現(xiàn)特定波段太赫茲波的干涉相長，進(jìn)而提升太赫茲波的產(chǎn)生效率。所以本發(fā)明中扇形區(qū)域第n環(huán)半徑為其中d是該自旋太赫茲發(fā)射器的焦距，λ是該扇形區(qū)聚焦自旋太赫茲的中心波長,其滿足λ＝c/f,其中c為光速，f為對(duì)應(yīng)太赫茲的頻率。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

13、本發(fā)明通過在鐵磁材料上制備特殊排布兩種自旋霍爾角大小相等、方向相反的重金屬非磁材料，構(gòu)建消色散自旋太赫茲菲涅爾波帶片，使得產(chǎn)生的兩個(gè)以上頻段的自旋太赫茲波匯聚到同一點(diǎn)，太赫茲產(chǎn)生效率高，同時(shí)提升自旋太赫茲發(fā)射器的集成度。

技術(shù)特征：

1.一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器，用于自旋太赫茲波產(chǎn)生及聚焦準(zhǔn)直，以及消色散，使得產(chǎn)生的兩個(gè)以上頻段的自旋太赫茲波匯聚到同一點(diǎn)，包括玻璃襯底(101)、自旋太赫茲薄膜、磁鐵對(duì)(105)，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器，其特征在于：所述重金屬非磁材料(103)、重金屬非磁材料(104)自旋霍爾角大小相等、方向相反。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器，其特征在于：所述重金屬非磁材料(103)、重金屬非磁材料(104)呈扇形環(huán)狀分布交替排列，共分為2m個(gè)扇形區(qū)，m＝1,2,3…,其圓心角為180°/m，其中m為根據(jù)設(shè)計(jì)需要所要實(shí)現(xiàn)m個(gè)頻段的太赫茲波聚焦于同一點(diǎn)，每個(gè)扇形區(qū)第n環(huán)半徑為其中d是該消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器的工作焦距，λ是該扇形區(qū)要聚焦自旋太赫茲的中心波長，其滿足λ＝c/f,其中c為光速，f為對(duì)應(yīng)太赫茲的頻率。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器，其特征在于：相對(duì)的兩個(gè)扇形區(qū)結(jié)構(gòu)完全相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器，其特征在于：鐵磁材料(102)為鈷鐵硼，重金屬非磁材料(103)為鉑，重金屬非磁材料(104)為鎢，三者厚度相同。

6.一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟，

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器及制備方法，具體涉及自旋太赫茲發(fā)射設(shè)備領(lǐng)域，包括玻璃襯底、自旋太赫茲薄膜、磁鐵對(duì)，其中自旋太赫茲薄膜由鐵磁材料和兩種自旋霍爾角大小相等、方向相反的重金屬非磁材料交替排列與鐵磁材料之上組成。本發(fā)明的消色散自聚焦自旋太赫茲發(fā)射器，通過特殊排布兩種自旋霍爾角大小相等、方向相反的重金屬非磁材料，構(gòu)建自旋太赫茲菲涅爾波帶片，使得產(chǎn)生的兩個(gè)以上頻段的自旋太赫茲波匯聚到同一點(diǎn)，太赫茲產(chǎn)生效率高，同時(shí)提升自旋太赫茲發(fā)射器的集成度。

技術(shù)研發(fā)人員：張曉強(qiáng),李秋岳,許涌,林曉陽,趙巍勝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州市北京航空航天大學(xué)國際創(chuàng)新研究院（北京航空航天大學(xué)國際創(chuàng)新學(xué)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30