【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及復合型光學器件，具體涉及一種基于二維外爾半導體碲烯(te)納米片的片上中紅外倍頻偏振復合器件及其實現方法。
技術介紹
1、光學二次諧波產生(shg)是一種二階非線性光學(nlo)過程，該過程將兩個能量相同的光子相干合成為一個雙倍能量的光子，通常發生在反演對稱性破缺的晶體中。shg在頻率轉換、相干光生成、光學信號處理以及成像等各類應用中起著關鍵作用。傳統的二階nlo晶體具有三維共價鍵結構并且需要較大的光與物質相互作用體積以及復雜的相位匹配技術，通常不適用于小型光電和全光器件的應用，尤其是在片上集成中。相比之下，原子級層狀材料，如過渡金屬硫屬化物，因其具有獨特的范德瓦耳斯界面、無懸掛鍵的集成能力和由于其原子厚度而具有的寬松的相位匹配條件，成為一種極具前景的替代方案。但薄層材料意味著更局限的光與物質相互作用距離，使得非線性轉換效率大小受到限制，并且在當前熱門的中紅外波段擁有高倍頻轉換效率的材料也十分稀少。在片上中紅外波段的背景下，偏振技術——包括偏振選擇、分束、調制——在光場調控、信號處理等操作中都是最基本的手段在保證倍頻效率和偏振控制能力的同時合并這兩個功能，可以開發片上復合器件，相較于非線性晶體+偏振片的傳統倍頻偏振系統，能夠很大程度的提升器件的小型化與集成度，在生物醫學、國防安全、氣體檢測和紅外通訊等領域都將提供新的可能性。
技術實現思路
1、針對以上現有技術存在的問題，本專利技術提出了一種片上中紅外倍頻偏振復合器件及其實現方法，在近紅外到中紅外的超寬帶區域展現出巨大
2、本專利技術的一個目的在于提出一種片上中紅外倍頻偏振復合器件。
3、本專利技術的片上中紅外倍頻偏振復合器件，用于檢測入射光的最優偏振方向或者輸出具有設定偏振方向的光學二次諧波。
4、用于檢測入射光的最優偏振方向，本專利技術的片上中紅外倍頻偏振復合器件包括：碲烯納米片、襯底、起偏器、聚焦元件和光譜儀；
5、碲烯納米片為片狀，厚度為納米級，碲烯納米片具有一系列平行的一維螺旋原子鏈結構，原子鏈延伸方向為c軸；互相垂直的a軸和c軸位于碲烯納米片面內；碲烯納米片設置在襯底上；對于反射式，襯底具有高反射率，對于透射式，襯底具有高透射率；
6、波長位于近紅外到中紅外波段的飛秒脈沖光作為激發光，激發光正入射至碲烯納米片；碲烯納米片不具有反演對稱中心，倍頻極化率非0，符合產生光學二次諧波條件；根據考慮自旋軌道耦合后的密度泛函理論(dft)計算，碲烯納米的能帶結構具有0.36ev的窄帶隙以及多個外爾點；對于近紅外到中紅外波段的激發光，在三個外爾點附近的帶間躍遷與倍頻過程中的雙光子共振躍遷相對應；價帶和導帶之間的貝利聯絡，對倍頻極化率具有拓撲增強效應；并且碲烯納米片的厚度為納米級，厚度遠小于相干波長，無需受到光學二次諧波相位匹配的限制，從而產生光學二次諧波信號；
7、光學二次諧波信號的偏振方向始終只沿a軸，與激發光的偏振方向無關；但光學二次諧波信號的強度與入射的激發光的偏振方向相關，從而通過調整激發光的偏振方向改變光學二次諧波信號的強度；
8、對于設定的激發光波長，光學二次諧波信號的信號強度與碲烯納米片的厚度以及襯底的厚度和反射率或透射率有關，根據空氣/碲烯納米片/襯底多界面結構誘發的干涉效應，求得在設定的襯底下且在設定的激發光波長下光學二次諧波信號最強時碲烯納米片的厚度；光學二次諧波信號最強時碲烯納米片的厚度與激發光的波長有關；
9、激發光先經過起偏器設定偏振角度；經過聚焦元件匯聚在碲烯納米片的表面，產生光學二次諧波信號；反射的光學二次諧波信號經過分光元件與基頻的激發光分開光路，被收集至光譜儀，或者透射的光學二次諧波信號被收集至光譜儀；
10、通過控制起偏器，調整激發光的偏振角度，通過光譜儀觀察光學二次諧波信號的強度，當光學二次諧波信號最強時，此時的激發光的偏振角度為入射的最優偏振角度。
11、起偏器包括偏振片和半波片，能夠自由控制激發光的偏振方向。
12、用于輸出具有設定偏振方向的光學二次諧波，本專利技術的片上中紅外倍頻偏振復合器件包括：碲烯納米片、襯底、起偏器、聚焦元件、檢偏器和光譜儀；其中，
13、碲烯納米片為納米級厚度的片狀，碲烯納米片具有一系列平行的一維螺旋原子鏈結構，原子鏈延伸方向為c軸；互相垂直的a軸和c軸位于碲烯納米片面內；襯底具有反射率高，碲烯納米片設置在襯底上；對于反射式，襯底具有高反射率，對于透射式，襯底具有高透射率；
14、波長位于近紅外到中紅外波段的飛秒脈沖光作為激發光，激發光正入射至碲烯納米片；碲烯納米片不具有反演對稱中心，倍頻極化率非0，符合產生光學二次諧波條件；根據考慮自旋軌道耦合后的密度泛函理論(dft)計算，碲烯納米的能帶結構具有0.36ev的窄帶隙以及多個外爾點；對于近紅外到中紅外波段的激發光，在三個外爾點附近的帶間躍遷與倍頻過程中的雙光子共振躍遷相對應；價帶和導帶的之間的貝利聯絡，對倍頻極化率具有拓撲增強效應；并且碲烯納米片的厚度為納米級，厚度遠小于相干波長，無需受到光學二次諧波相位匹配的限制，從而產生光學二次諧波信號；
15、光學二次諧波信號的偏振方向始終只沿a軸，與激發光的偏振方向無關；但光學二次諧波信號的強度與入射的激發光的偏振方向相關，從而通過調整激發光的偏振方向改變光學二次諧波信號的強度；
16、對于設定的激發光波長，光學二次諧波信號的信號強度與碲烯納米片的厚度以及襯底的厚度和反射率或透射率有關，根據空氣/碲烯納米片/襯底多界面結構誘發的干涉效應，求得在設定的襯底下且在設定的激發光波長下光學二次諧波信號最強時碲烯納米片的厚度；光學二次諧波信號最強時碲烯納米片的厚度與激發光的波長有關；
17、激發光先經過起偏器，具有設定的偏振角度；經過聚焦系統匯聚在碲烯納米片的表面，產生光學二次諧波信號；反射的光學二次諧波信號經過分光元件與基頻的激發光分開光路，經過檢偏器后被收集至光譜儀，或者透射的光學二次諧波信號經過檢偏器后被收集至光譜儀；
18、通過檢偏器和光譜儀，得到光學二次諧波的偏振方向；對于經過起偏器的任意偏振方向的激發光，片上中紅外倍頻偏振復合器件均能提供偏振方向唯一的光學二次諧波，光學二次諧波的偏振方向與始終只沿碲烯納米片的a軸；通過旋轉碲烯納米片的a軸，改變光學二次諧波的偏振方向，使得光學二次諧波具有設定的偏振方向。
19、起偏器采用第一偏振片和第一半波片；檢偏器采用第二偏振片和第二半波片；激發光先經過第一偏振片鎖定偏振態，再經過第一半波片設定偏振角度；光學二次諧波信號先經過第二半波片再經過第二偏振片；通過旋轉第二個半波片，得到光譜儀收集的信號最強時，第二半波片快軸的旋轉角度；根據第二半波片快軸的旋轉角度，得到光學二次諧波信號的偏振方向，偏振方向為快軸的旋轉角度的二倍。
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【技術保護點】
1.一種片上中紅外倍頻偏振復合器件，用于檢測入射光的最優偏振方向，其特征在于，所述片上中紅外倍頻偏振復合器件包括：碲烯納米片、襯底、起偏器、聚焦元件和光譜儀；
2.如權利要求1所述的片上中紅外倍頻偏振復合器件，其特征在于，所述起偏器包括偏振片和半波片。
3.一種片上中紅外倍頻偏振復合器件，用于輸出具有設定偏振方向的光學二次諧波，其特征在于，所述片上中紅外倍頻偏振復合器件包括：碲烯納米片、襯底、起偏器、聚焦元件、檢偏器和光譜儀；其中，
4.如權利要求3所述的片上中紅外倍頻偏振復合器件，其特征在于，所述起偏器采用第一偏振片和第一半波片；檢偏器采用第二偏振片和第二半波片；激發光先經過第一偏振片鎖定偏振態，再經過第一半波片設定偏振角度；光學二次諧波信號先經過第二半波片再經過第二偏振片；通過旋轉第二個半波片，得到光譜儀收集的信號最強時，第二半波片快軸的旋轉角度；根據第二半波片快軸的旋轉角度，得到光學二次諧波信號的偏振方向。
5.如權利要求1或3所述的片上中紅外倍頻偏振復合器件，其特征在于，所述光譜儀包括過濾裝置、單色儀和探測器；經過過濾裝置除
6.如權利要求1或3所述的片上中紅外倍頻偏振復合器件，其特征在于，所述碲烯納米片的厚度為10～50nm。
7.一種如權利要求1所述的片上中紅外倍頻偏振復合器件的實現方法，其特征在于，所述實現方法包括以下步驟：
8.一種如權利要求3所述的片上中紅外倍頻偏振復合器件的實現方法，其特征在于，所述實現方法包括以下步驟：
9.如權利要求7或8所述的實現方法，其特征在于，在步驟1)中，對于設定的激發光波長，光學二次諧波信號的信號強度與碲烯納米片的厚度以及襯底的厚度和反射率或透射率有關，根據空氣/碲烯納米片/襯底多界面結構誘發的干涉效應，求得在設定的襯底下且在設定的激發光波長下光學二次諧波信號最強時碲烯納米片的厚度；光學二次諧波信號最強時碲烯納米片的厚度與激發光的波長有關。
10.如權利要求8所述的實現方法，其特征在于，在步驟6)中，入射的激發光的偏振方向與a軸夾角為α，光學二次諧波信號的偏振方向只延a軸，且光學二次諧波信號的強度正比于cos4α。
...【技術特征摘要】
1.一種片上中紅外倍頻偏振復合器件，用于檢測入射光的最優偏振方向，其特征在于，所述片上中紅外倍頻偏振復合器件包括：碲烯納米片、襯底、起偏器、聚焦元件和光譜儀；
2.如權利要求1所述的片上中紅外倍頻偏振復合器件，其特征在于，所述起偏器包括偏振片和半波片。
3.一種片上中紅外倍頻偏振復合器件，用于輸出具有設定偏振方向的光學二次諧波，其特征在于，所述片上中紅外倍頻偏振復合器件包括：碲烯納米片、襯底、起偏器、聚焦元件、檢偏器和光譜儀；其中，
4.如權利要求3所述的片上中紅外倍頻偏振復合器件，其特征在于，所述起偏器采用第一偏振片和第一半波片；檢偏器采用第二偏振片和第二半波片；激發光先經過第一偏振片鎖定偏振態，再經過第一半波片設定偏振角度；光學二次諧波信號先經過第二半波片再經過第二偏振片；通過旋轉第二個半波片，得到光譜儀收集的信號最強時，第二半波片快軸的旋轉角度；根據第二半波片快軸的旋轉角度，得到光學二次諧波信號的偏振方向。
5.如權利要求1或3所述的片上中紅外倍頻偏振復合器件，其特征在于，所述光譜儀包括過濾裝置、單色儀和探測器；經過過濾裝置除去激發光，只保...
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