[發明專利]硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810054212.6
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108254944A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 文岐業;金濃;朱韻樵;文天龍;楊青慧;陳智;馮正;譚為;張懷武
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發明提供一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器及其制備方法，包括硅基底、微米金字塔結構、納米孔洞結構、半導體激光器、光纖調制器、太赫茲波源、太赫茲探測器，硅基底、微米金字塔結構、納米孔洞結構構成硅基微納米混合結構；太赫茲波源的太赫茲波束入射到微米金字塔結構上，太赫茲探測器用于接收太赫茲波源經過硅基微納米混合結構的太赫茲信號；本發明的調制器可以工作在低至10mW/mm²的極低激光功率下，在300mW/mm²的激光功率下，器件最高調制深度可以達到95％；工作頻段覆蓋0.1?1.5THz的超寬帶太赫茲頻段，具有很大調制速率(3MHz)的同時保持很大的調制深度和較小的插損。

技術領域

本發明屬于太赫茲波應用技術領域，具體為一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器及其制備方法。

背景技術

太赫茲(THz，1THz＝1012Hz)波是指頻率從0.1THz到10THz范圍內的電磁波，它介于毫米波與紅外光之間，波長在3mm到30um之間，處于從電子學向光子學的過渡區。THz波具有的獨特的瞬態性、寬帶性、相干性和低能性等眾多優越性能。因此在短距離無線通信、衛星通信、醫學成像、射電天文和遙感雷達等領域具有廣闊的應用前景。其中太赫茲成像技術和無線通信技術是當前太赫茲最具潛力的兩個應用領域。

由于太赫茲波的特殊性，自然界大多數的物質對太赫茲波都缺乏有效的電磁響應，而已有的微波和光學相應器件又很難直接應用到太赫茲波段，這導致對太赫茲波的調控十分困難。目前，太赫茲調制器是太赫茲技術鏈中的重要課題，已經成為制約太赫茲實際應用的主要技術障礙之一。國內外已經研究了多種材料在太赫茲波調制技術中的應用。包括半導體材料，相變材料，超導材料，液晶材料以及人工電磁超材料等等。

利用半導體實現太赫茲波調控的代表性的工作是2013年，首都師范大學張巖教授利用激光泵浦本征硅材料，實現了對太赫茲波的調控(文獻“Z.W.Xie,Spatial TerahertzModulator,Scientific Reports,3:3347,2013)。光泵浦半導體硅的調制方式通常具有大幅度寬帶調制特性，并且易于實現陣列式調控，是實現太赫茲空間陣列式成像的重要方式。但是，硅的折射率很高(n_Si＝3.4)，對入射到硅片上的激光產生嚴重的反射(高達40％以上),尤其在短波長激光范圍(≤700nm)其反射率更是高達60％，這需要很大的激光功率才能達到相對較大的調制深度。但是，大功率激光器不但增加了系統成本，而且很大的激光功率所產生的反射光會嚴重影響整個應用系統的穩定性和安全性，同時在Si片中所產生的熱會使得Si調制器的性能發生變化。此外，受限于本征硅載流子壽命(10微秒以上)，其調制速率較小，只有KHz量級。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述問題，提供一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器及其制備方法。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器，包括硅基底、位于硅基底表面的微米金字塔結構、分布于微米金字塔結構表面的納米孔洞結構、通過光纖連接光纖調制器的半導體激光器、用于輸出調制激光束照射到微米金字塔結構上的光纖調制器，所述微米金字塔結構為四棱錐結構，所述硅基底、微米金字塔結構、納米孔洞結構構成硅基微納米混合結構；所述微米金字塔結構和納米孔洞結構均是用濕法刻蝕方法在硅基底上依次刻蝕而成，二者屬于同一硅材料；太赫茲波源產生的太赫茲波束入射到微米金字塔結構上，太赫茲探測器用于接收太赫茲波源經過硅基微納米混合結構的太赫茲信號。

作為優選方式，所述硅基底采用本征硅或者高阻硅，其電阻率≥1000Ω.cm^-1。

作為優選方式，所述微米金字塔結構是對硅基底采用堿法刻蝕得到，特征尺寸為微米量級，金字塔結構的高度和底面邊長均在5μm～15μm之間。