[發明專利]太赫茲調制器

有效

• 申請號: 201280018129.4
• 申請日: 2012-02-14
• 公開（公告）號: CN103733122B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: S·瓦桑;F·帕爾多;J-L·珀盧阿爾;J-J·格雷費;A·阿爾尚博;F·馬基耶
• 申請（專利權）人: 國立科學研究中心
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 陳松濤,夏青

技術領域

本發明涉及太赫茲頻率域的有源部件。更具體而言，本發明涉及用于太赫茲輻射的調制器。

背景技術

太赫茲域通常由具有0.1到30THz之間的頻率的輻射限定。該頻帶覆蓋了電子領域和光子領域。太赫茲域中的器件遭遇到了固有操作限制：工作頻率對于基于電子的部件而言太高，并且對于光子而言能量太低而難以有效工作。雖然如此，但是這個頻域具有很大的應用潛力，例如在通常分配用于電信的頻率范圍趨于飽和的電信領域。特別是在美國，上升至0.3THz的頻率范圍的分配已經飽和。這種應用潛力是鼓勵發展允許利用太赫茲輻射的部件，特別是調制器。

在太赫茲調制器領域，已知的是一種基于通過亞波長孔的光柵的諧振傳播的裝置，其由銻化銦(InSb)晶體構成。這種裝置描述在例如Janke等的“All-optical switching of the transmission electromagnetic radiation through sub-wavelength apertures”(Optics Letters Vol.30,No.18,pages 2357-2359,2005)中。在這篇文獻中，公開了通過光學激勵該結構，由于太赫茲輻射和晶體表面處的表面極化等離子體激光之間的耦合導致的諧振傳輸怎樣能夠被控制在大約0.5THz。然而，正如這個文獻所示出的結果，這種控制是有限的，包括在較低的溫度下。另外，在環境溫度下，已知該傳輸被限制為最大傳輸的0.2％。

本發明的一個目的包括提供一種太赫茲調制器，其尤其能夠在環境溫度下更有效地運行。

發明內容

依照第一方面，本發明涉及種用于給定使用頻帶的太赫茲調制器，包括：

-半導體極性晶體(10)，其具有覆蓋所述使用頻帶的剩余射線波段，并且具有與電介質媒介的至少一個界面；

-耦合裝置，其允許由所述界面支撐的界面聲子極化激元(IPhP)與在所述使用頻帶中的頻率的入射輻射(2)的諧振耦合；以及

-控制裝置(20)，其通過修改所述極性晶體(10)的剩余射線波段中的所述極性晶體(10)的電介質函數，而傾向于修改所述界面聲子極化激元和所述入射輻射極化激元之間的耦合強度。

因此，在該晶體的所謂剩余射線頻帶中的極性晶體的電介質函數的諧振效應被用于生成運行在環境溫度下的顯著效率的太赫茲調制器。所述調制器能夠以反射方式運行，所述界面聲子極化激元和所述入射輻射之間的耦合強度的變化導致所述部件在入射波的波長下的反射率的變化，或者根據所述部件的實施方式所述調制器以透射方式運行。

有利地，所述極性晶體具有與電介質媒介的兩個界面，所述界面足夠接近，以允許沿著每個所述界面傳播的界面聲子極化激元的耦合。兩個界面聲子極化激元模式的耦合使得電磁場的限制進一步明顯，而且通過利用控制裝置使得耦合的變化更敏感而顯著地改善所述調制器的效率。

典型地，所述兩個界面之間的距離可以小于一百納米。

根據示例，所述半導體極性晶體是Ⅲ-Ⅴ族半導體，例如砷化鎵(GaAs)、砷化鋁(AlAs)、磷化銦(InP)、砷化銦(InAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)等。根據另一示例，所述半導體極性晶體是Ⅱ-VI族半導體，例如硒化鋅(ZnSe)、碲化汞(HgTe)、碲化鎘(CdTe)等，或者Ⅰ-Ⅶ族半導體，例如氯化鈉(NaCl)、溴化鉀(KBr)等。根據另一示例，所述半導體極性晶體是Ⅳ-Ⅳ族半導體，例如碳化硅(SiC)。另外，也可以采用三元合金(具有三種元素，例如AlGaAs)、四元合金(具有四種元素，例如InGaAlAs)或更多元合金。在下面的描述中，術語半導體極性材料包括所有這些材料。

根據變型，所述極性晶體是摻雜的。所述極性晶體中的自由載流子的產生使得電介質函數的諧振波段變寬和/或發生偏移。

根據本發明的調制器的第一實施例，所述耦合裝置一體形成在所述極性晶體中。換句話說，構造所述極性晶體以形成所述界面聲子極化激元和入射輻射之間的耦合元件。

例如，構造所述極性晶體以形成一個或多個晶體葉片，每個晶體葉片都形成意在與入射輻射耦合的光學天線，每個所述葉片的大面形成與電介質媒介(例如空氣或真空)的兩個界面。

有利地，所述耦合裝置包括多個這種葉片。根據第一示例，這些葉片的形狀和大小是完全相同的，優化所述葉片以用于與頻率位于窄的可用光譜帶的入射輻射的耦合。根據第二示例，所述葉片呈現不同的形狀和大小，其允許使得調制器的可用光譜帶變寬。