[發明專利]太赫茲調制器、太赫茲調制器的制備方法和調諧方法

有效

• 申請號: 201510149501.0
• 申請日: 2015-03-31
• 公開（公告）號: CN104678598B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 張會;徐先鋒
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于太赫茲應用技術領域，具體涉及一種太赫茲調制器、太赫茲調制器的制備方法和調諧方法。

背景技術

太赫茲(THz，1THz＝10¹²THz)波是指頻率在0.1-10THz(對應的波長為3mm-30μm)范圍的電磁波，這一波段介于微波與光波之間，是電子學與光子學的交叉領域。由于其在電磁波譜中所處的特殊位置，太赫茲波具有透視性、安全性、指紋性等許多優越特性，在光譜、成像和通信等領域具有非常重要的學術和應用價值。其中，太赫茲通信具有頻段資源豐富、帶寬大、保密性好等優點，可實現室內短距離或空間保密無線通信，傳輸速率可達1～10Gbps，太赫茲波在通信領域應用中具有獨特的優勢，而太赫茲調制器是太赫茲通信系統的關鍵核心器件。

近年來，眾多的太赫茲調制器被提出，包括基于量子阱、光子晶體、半導體硅、超材料等的太赫茲調制器，按調制方式可以分為調幅、調相、調頻等，按控制方式又可分為電控、磁控、光控、壓電等類型。太赫茲調制器的關鍵技術指標是：工作中心頻率、工作帶寬、調制速率和響應時間、調制深度、插入損耗、傳輸損耗等。例如，一種基于一維光子晶體砷化鎵缺陷的光控超快太赫茲強度調制器，其工作頻率0.6THz，調制帶寬16GHz，調制深度50％，響應時間130ps[L.Fekete et al.,Opt.Lett 32,680-682(2007)]。一種基于超材料的太赫茲振幅和相位調制器，其工作頻率0.81THz，調制帶寬約20GHz，調制深度55％，調制速率2MHz[H.T.Chen et al.,Appl.Phys.Lett 93,091117(2008)]。目前的太赫茲調制器存在以下問題：工作頻率主要在低頻、毫米波段；調制帶寬窄，一般只有幾個GHz；調制速率低，最高調制速率一般在MHz量級，無法發揮太赫茲波高載波頻率大傳輸帶寬的優勢；調制深度小，一般在50％以內，并且這一指標隨著調制速率和工作頻率的升高而迅速下降。

現有能實現調制功能的材料在太赫茲波段十分有限，它們都往往伴隨強烈的太赫茲吸收損耗。而如高阻硅、聚合物等低損耗的太赫茲材料載流子復合時間長、非線性系數小，難以實現高速、大調制深度的太赫茲調制。二氧化釩(VO₂)是一種相變鐵電材料，它在溫、光或電場下發生電介質到金屬的轉變(溫度：臨界溫度340K，光照：皮秒或飛秒脈沖)，其電導率可以有3到5個數量級的變化。介質相時，太赫茲波能良好透過VO₂薄膜，金屬相時，太赫茲波被VO₂薄膜反射。文獻表明，用飛秒激光泵浦VO₂薄膜，其對太赫茲波的調制響應時間極短，小于1ps[S.B.Choi et al.,Appl.Phys.Lett 98,071105(2011)]。VO₂是一種非常有前途的太赫茲功能材料，尤其是高速調制器件方面。如何利用現有的太赫茲功能材料，研制出工作帶寬大、調制速率快、調制深度大的太赫茲調制器是太赫茲通信系統中急需解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種太赫茲調制器、太赫茲調制器的制備方法和調諧方法，解決太赫茲調制器的調制帶寬窄、調制速率低、調制深度小等關鍵技術問題。

第一方面，提供了一種太赫茲調制器，包括：

銅諧振環陣列1、二氧化釩薄膜2、二氧化硅基底3、寬帶太赫茲源4和泵浦激光源5，其中，銅諧振環陣列1和二氧化硅基底3形成超材料，二氧化釩薄膜2鍍在二氧化硅基底3的后表面。

結合第一方面，在第一種可能的實現方式中，銅諧振環陣列1中的銅諧振環在垂直于二氧化硅基底3的方向上的高度為200nm。

結合第一方面或第一方面的上述任一種可能的實現方式，在第二種可能的實現方式中，銅諧振環陣列1中的銅諧振環為雙環結構，其中，內環為直徑28μm，厚度6μm的正方形銅環，外環為直徑40μm，厚度為6μm的正方形銅環。

結合第一方面或第一方面的上述任一種可能的實現方式，在第三種可能的實現方式中，二氧化釩薄膜2的厚度為200nm，在介質相時的電導率不大于0.1，在金屬相時的電導率大于2000。

結合第一方面或第一方面的上述任一種可能的實現方式，在第四種可能的實現方式中，泵浦激光源5為飛秒或皮秒脈寬的超短脈沖激光器，泵浦激光源5的泵浦光輻照到超材料上的光斑直徑大于0.5mm，泵浦光能量密度不小于10mJ/cm2。