[發明專利]一種光控太赫茲波開關

無效

• 申請號: 201310078695.0
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103135260A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 劉建軍;洪治;王文濤;李向軍;武東偉
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;H01P1/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本發明涉及一種光控太赫茲波開關，屬于太赫茲波應用領域。

背景技術

太赫茲（THz，1THz=1×10¹²Hz）波在電磁波譜中位于微波和紅外輻射之間，其頻率范圍為0.1~10?THz。太赫茲波在電磁波譜中占有一個特殊的位置，具有透視性、安全性等一系列優越特性。太赫茲波獨特的性質在物理、化學、信息和生物學等基礎研究領域以及材料、通訊、國家安全等技術領域具有重大的科學價值和廣闊的應用前景。

當前太赫茲波功能器件是太赫茲波科學技術應用中的重點和難點，現有的太赫茲波功能器件通常結構復雜、體積較大、價格昂貴，因此對小型化、低成本的太赫茲波器件的研究是太赫茲波技術應用中的關鍵。

太赫茲波開關是一種基礎性的太赫茲波器件，在太赫茲波成像、太赫茲波波譜測試、太赫茲波通信等領域有著廣闊的應用前景。現有的太赫茲波開關主要有機械式、電控式和光控式三種形式。

其中，機械式太赫茲波開關的消光比大但開關速度慢。

電控式主要有液晶式和超材料式兩種，前者的消光比大但響應速度慢，后者的響應速度快但消光比小。電控材料與一維光子晶體結合成為一種新型的電控式太赫茲開關，其基本結構如圖1所示。其中，開關主體為由兩種材料的基片1’?和2’?交疊而成的一維光子晶體，中間的一塊基片2’?被電光晶體基片3’?取代。兩種材料的交疊使光子晶體產生禁帶，禁止某段頻率的太赫茲波通過晶體。當中間的一塊基片2’?被電光晶體基片3’?取代時，禁帶中的一些不連續的特定頻率的太赫茲波就可以通過光子晶體，這些頻率被稱為缺陷模頻率，基片3’被稱作缺陷層。電光晶體基片3’?的兩端通過導線5’?連接到控制器4’。改變電光晶體基片3’?兩端的電壓，可以改變其折射率，從而使缺陷模頻率產生偏移。當入射太赫茲波的頻率固定且頻帶較窄時，便可以通過控制電光晶體基片3’?兩端電壓的有無實現缺陷模的有無或頻移，從而實現開關的開、關的功能。但是，由于電光晶體的折射率改變需要較高的電壓，操作復雜危險，且較難實現快速轉換。并且，當電壓較小時，折射率的改變量小，頻率移動小，很難得到高消光比的太赫茲波開關。

光控式太赫茲波開關的基本原理是通過控制半導體表面的光生載流子實現開、關操作，響應速度快，消光比高，同時又與現有通訊技術結合的最好。但目前的單片光控式太赫茲波開關需要較高的控制激光光功率才能實現開關操作。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可在較低的控制用激光光功率下實現較高的開關消光比的實用的光控太赫茲波開關。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案為：

本發明光控太赫茲波開關包括半導體基片、空氣層和缺陷層，半導體基片的數量為2n個，n為整數且n≥2；所述缺陷層的兩側置有相同數量的所述半導體基片，且位于所述缺陷層的同一側的相鄰半導體基片之間通過支撐環分隔而形成所述空氣層；所述缺陷層由空氣構成。

進一步地，本發明中，與所述缺陷層最相鄰的其中一個所述半導體基片的朝向缺陷層的表面為激光光束的入射面，所述激光光束用于關閉所述開關。

進一步地，本發明所述的n≥3。

進一步地，本發明所述半導體基片的數量為6個。

進一步地，本發明所述缺陷層的厚度為1mm~30mm。

進一步地，本發明所述半導體基片為高阻硅、砷化鎵或磷化銦。

進一步地，本發明所述半導體基片的數量為6個，所述缺陷層的厚度為1mm~30mm，與所述缺陷層最相鄰的其中一個所述半導體基片的朝向缺陷層的表面為激光光束的入射面，所述激光光束用于關閉所述開關。

本發明光控太赫茲波開關在開關操作過程中，缺陷模頻率不變，通過直接改變對太赫茲波的吸收強度實現開關功能。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

（1）本發明光控太赫茲波開關可以通過調節缺陷層的厚度來調節開關所作用的太赫茲波的頻率，缺陷層變厚時，作用頻率變小；缺陷層變薄時，作用頻率變大，因而可以通過調節缺陷層3的厚度改變本發明開關的作用頻率。

（2）本發明可通過調節缺陷層3的厚度改變開關的作用頻率，因此本發明太赫茲波開關適應性較強，應用面較廣。

（3）本發明光控太赫茲波開關使用激光改變一維光子晶體對于開關所作用的太赫茲波頻率的透過率，從而避免了復雜危險的高壓操作，方便實用。相比于現有的由單片半導體基片構成的光控太赫茲波開關，本發明光控太赫茲波開關對激光光功率更敏感，實現開關操作時所需要的激光光功率降低了50倍左右。