太赫兹波段的表面等离子体激元发生器

本发明涉及微电子领域，具体而言，涉及一种太赫兹波段的表面等离子体激元发生器。

背景技术：

1、表面等离子体激元是一种被约束在波导结构表面进行传播的电磁波模式，其本质上是一种表面电磁波；因为表面等离子体激元不受衍射极限的限制，所以可以用来构造小型化器件，例如，表面等离子体激元可以约束和导引电磁波，将电磁波聚焦到亚波长尺寸，基于表面等离子体激元可以实现紧凑的集成光子器件。在其中太赫兹波段的表面等离子体激元在凝聚态物质、加速器、生物、通讯领域有着重要的应用。当前，高功率太赫兹波段的表面等离子体激元的产生方式主要有两种：使用基于加速器的相对论电子束或者使用超快激光照射波导结构，产生表面等离子表面等离子体激元。

2、然而，现有技术中的太赫兹波段的表面等离子体激元发生器想要产生大功率的表面等离子体激元需要设置体积更大的表面等离子体激元发生器，体积的增大使得在很多需要集成其它设备的应用场景下很不方便，难以做成小型台式化仪器。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种太赫兹波段的表面等离子体激元发生器，在产生大功率太赫兹波段的表面等离子体激元的同时减小表面等离子体激元发生器的体积。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种太赫兹波段的表面等离子体激元发生器，包括：具有收容空间的主体部，固定在所述主体部上的表面等离子体激元波导；激光发生件，所述激光发生件用于产生激光照射在所述表面等离子体激元波导表面；所述表面等离子体激元波导包括激光照射部，所述激光照射在所述激光照射部上产生表面等离子体激元，所述激光照射部设置在所述收容空间内；套管，所述套管套设在所述激光照射部上，且所述套管的延伸方向与所述激光照射部的延伸方向相同。

3、与现有技术相比，本技术实施例所提供的太赫兹波段的表面等离子体激元发生器中，激光发生件产生激光照射在激光照射部上时在激光照射部上产生高能电子，高能电子向周围空间逃逸时会通过渡越辐射机制产生太赫兹波段的表面等离子体激元，同时还有一部分太赫兹波向自由空间传播、无法耦合为表面等离子体激元；而设置套管套设在激光照射部上，自由空间传播的太赫兹波被套管反射回表面等离子体激元波导耦合为表面等离子体激元；同时，激光照射产生的高能逃逸电子在碰撞到套管后，由于渡越辐射机制的存在，再次激发出表面等离子体激元，使得最终产生的表面等离子体激元的功率更高；同时，由于本技术实施例所提供的表面等离子体激元发生器中通过套管对太赫兹波的反射和对高能电子的收集作用产生更大功率的表面等离子体激元，可以更好的缩小表面等离子体激元发生器的体积；此外，设置套管可以对逃逸的太赫兹波进行反射，使得本技术实施例所提供的表面等离子体激元发生器可以同时适用于激光发生件产生的激光为相对论激光和亚相对论激光的应用场景。

4、在可选的实施例中，所述套管包括贯穿所述套管内外表面的穿孔，所述激光经由所述穿孔穿过所述套管照射在所述激光照射部上。在套管上设置穿孔使得激光可以经由穿孔穿过套管照射在激光照射部上，提升套管对激光照射部的套盖面积，使套管能反射更多的太赫兹波、接收更多的高能电子，更大程度的增加产生的表面等离子体激元的功率。

5、在可选的实施例中，所述穿孔的最大内径小于或等于所述激光照射在所述激光照射部上产生的太赫兹波的目标波长的十分之一。穿孔的最大内径小于或等于激光照射产生的太赫兹波的目标波长的十分之一，这个尺寸下的穿孔可以减少经由穿孔外套的高能电子和太赫兹波的泄露，提升被套管反射回到激光照射部的太赫兹波的量，更大程度的增加产生的表面等离子体激元的功率。

6、在可选的实施例中，所述表面等离子体激元发生器还包括电源，所述电源与所述套管连接、且向所述套管施加正电压。设置电源与套管连接并向套管施加正电压，可以加速高能电子，增加套管接收的高能电子的数量和能量，更大程度的增加产生的表面等离子体激元的功率。

7、在可选的实施例中，所述套管的形状为圆柱状，圆柱状的所述套管的半径与所述激光照射在所述激光照射部上产生的太赫兹波的目标波长的绝对差值小于或等于所述目标波长。设置套管的半径与目标波长的绝对差值小于或等于目标波长，这个尺寸下套管的半径与目标波长相近，可以提升套管对高能电子的接收率和对太赫兹波的反射效率，提升套管上产生太赫兹波的量和被套管反射回到激光照射部的太赫兹波的量，更大程度的增加产生的表面等离子体激元的功率。

8、在可选的实施例中，所述套管的总长度大于或等于所述激光照射在所述激光照射部上产生的太赫兹波的目标波长。设置套管的总长度大于或等于目标波长，可以提升套管对高能电子的接收率和对太赫兹波的反射效率，提升套管上产生太赫兹波的量和被套管反射回到激光照射部的太赫兹波的量，更大程度的增加产生的表面等离子体激元的功率。

9、在可选的实施例中，所述表面等离子体激元波导的形状为圆柱状，圆柱状的所述表面等离子体激元波导的半径小于或等于所述太赫兹波的目标波长。设置圆柱状的表面等离子体激元波导的半径小于或等于太赫兹波的目标波长，可以提升激光照射产生的高能逃逸电子的空间相干度，更高空间相干度的高能逃逸电子在表面等离子体激元波导上产生的表面等离子体激元的功率更大，从而更大程度的增加产生的表面等离子体激元的功率。

10、在可选的实施例中，所述主体部包括表面等离子体激元窗口，所述表面等离子体激元窗口贯穿所述主体部的内外表面；所述表面等离子体激元波导包括波导延伸部，所述波导延伸部与所述激光照射部连接，所述波导延伸部自所述激光照射部、经由所述表面等离子体激元窗口延伸至所述收容空间之外。设置波导延伸部自激光照射部、经由表面等离子体激元窗口延伸至收容空间之外，可以更好的将激光照射部产生的表面等离子体激元传到出来，从而使得表面等离子体激元发生器可以适应更多的应用场景。

11、在可选的实施例中，所述表面等离子体激元发生器还包括固定在所述主体部上的聚焦镜，所述主体部包括激光窗口，所述激光发生件设置在所述收容空间之外，所述激光发生件产生的激光穿过所述聚焦镜和所述激光窗口后聚焦在所述激光照射部上。将激光发生件设置在收容空间之外，可以更便于根据不同应用场景下不同的功率需求对激光发生件进行更换，产生对应功率的表面等离子体激元，提升表面等离子体激元发生器的使用便捷度；此外，设置聚焦镜且激光发生件产生的激光穿过所述聚焦镜聚焦在激光照射部上，可以对激光的能量进行进一步的集中，提升照射在激光照射部上的激光的光强，从而提升最终产生的表面等离子体激元的功率。

12、在可选的实施例中，所述表面等离子体激元发生器还包括固定在所述主体部上的真空泵和真空计，所述真空泵用于抽取所述收容空间内的气体；所述真空计用于检测所述收容空间的抽真空状态。设置真空泵抽取收容空间内的气体，使得收容空间内处于类真空状态，可以减少聚焦激光在气体中的能量损耗、减小高能逃逸电子在运动过程中的能量损耗，提升最终产生的表面等离子体激元的功率；设置真空计检测收容空间内的抽真空状态，可以根据不同应用场景下不同的功率需求调整收容空间内的抽真空状态，产生对应功率的表面等离子体激元，使得表面等离子体激元发生器可以适应更多的应用场景。